Efficiency enhancement mechanism of piezoelectric effect in long wavelength InGaN-based LED

压电 材料科学 发光二极管 光电子学 电场 量子阱 波长 压扁 光学 复合材料 量子力学 物理 激光器
作者
Liu Li,Qingqing Feng,Jintao Zhang,Xiaolu Zhu,Lanli Chen,Zhihua Xiong
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:25 (40): 27774-27782
标识
DOI:10.1039/d3cp02934d
摘要

Improving the luminescence efficiency of InGaN-based long wavelength LEDs for use in micro-LED full-colour displays remains a huge challenge. The strain-induced piezoelectric effect is an effective measure for modulating the carrier redistribution at the InGaN/GaN heterointerfaces. Our theoretical results reveal that the hole injection is significantly improved by the diminution of the valence band offset (VBO) of the InGaN/GaN heterointerfaces along the [0001] direction, and inversely, the VBO increases along the [0001] direction. The energy band structures showed that the tensile strain of the GaN film grown on a silicon (Si) substrate could weaken the internal electric field of the InGaN well layer leading to a flattening of the energy band, which increases the overlap of electron and hole wave functions. In addition, the strain-induced piezoelectric polarisation of the InGaN layer on the Si substrate generates opposite sheet-bound charges at the heterointerfaces, which causes a reduction in the depletion region of the InGaN/GaN quantum wells (QWs). A systematic analysis illustrates that the control of the piezoelectric polarisation of the InGaN QW layer is available improve the internal quantum efficiency of the InGaN-based LEDs.

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