In this work, we present a GaN-based blue LED construction utilizing bottom tunnel junction (TJ) grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy. The setup allows for N-polar-like built-in field alignment while being grown on a Ga-polar substrate. In this study, we present an efficient bottom TJ LED in which the distance between the quantum well and device surface is only 25 nm. This is achieved by the utilization of an n-type current spreading layer consisting of 20 nm thick In0.02Ga0.98N with a Ge doping concentration of 7 × 1019 cm−3. Heavily Ge and Mg doped bottom TJs allowed achieving a low LED turn-on voltage of 2.75 V at 20 A/cm2 and a differential resistivity of 4.7 × 10−4 Ω cm2 at 1 kA/cm2. The device maintained high crystal quality and smooth morphology, which allows for its use as a light emitting platform for further integration. Although the p-up reference LED exhibits lower resistivity at high current, its luminous efficiency is lower than for bottom TJ LEDs.

1.
C. Z.
Zhao
,
T.
Wei
,
L. Y.
Chen
,
S. S.
Wang
, and
J.
Wang
,
Superlattices Microstruct.
102
,
40
44
(
2017
).
2.
P.
Kozodoy
,
H.
Xing
,
S. P.
DenBaars
,
U. K.
Mishra
,
A.
Saxler
,
R.
Perrin
,
S.
Elhamri
, and
W. C.
Mitchel
,
J. Appl. Phys.
87
,
1832
1835
(
2000
).
3.
Y.
Kuwano
,
M.
Kaga
,
T.
Morita
,
K.
Yamashita
,
K.
Yagi
,
M.
Iwaya
,
T.
Takeuchi
,
S.
Kamiyama
, and
I.
Akasaki
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
52
,
08JK12
(
2013
).
4.
M.
Chlipala
,
H.
Turski
,
M.
Siekacz
,
K.
Pieniak
,
K.
Nowakowski-Szkudlarek
,
S.
Tadeusz
, and
C.
Skierbiszewski
,
Opt. Express
28
,
30299
30308
(
2020
).
5.
D. P.
Han
,
M. G.
Kang
,
C. H.
Oh
,
H.
Kim
,
K. S.
Kim
,
D. S.
Shin
, and
J. I.
Shim
,
Phys. Status Solidi A
210
,
2204
2208
(
2013
).
6.
D. S.
Meyaard
,
J.
Cho
,
E. F.
Schubert
,
S. H.
Han
,
M. H.
Kim
, and
C.
Sone
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
121103
(
2013
).
7.
R.
Yan
,
G.
Khalsa
,
S.
Vishwanath
,
Y.
Han
,
J.
Wright
,
S.
Rouvimov
,
D.
Scott Katzer
,
N.
Nepal
,
B. P.
Downey
,
D. A.
Muller
,
H. G.
Xing
,
D. J.
Meyer
, and
D.
Jena
,
Nature
555
,
183
189
(
2018
).
8.
K.
Balasubramanian
,
J.
Wright
,
O.
Zohar
,
B.
Taitler
,
S.
Bouscher
,
H. G.
Xing
,
D.
Jena
, and
A.
Hayat
,
Opt. Mater. Express
10
,
1724
(
2020
).
9.
A.
Hayat
,
H. Y.
Kee
,
K. S.
Burch
, and
A. M.
Steinberg
,
Phys. Rev. B
89
,
094508
(
2014
).
10.
D.
Panna
,
S.
Bouscher
,
K.
Balasubramanian
,
V.
Perepelook
,
S.
Cohen
,
D.
Ritter
, and
A.
Hayat
,
Nano Lett.
18
,
6764
6769
(
2018
).
11.
S.
Krishnamoorthy
,
D. N.
Nath
,
F.
Akyol
,
P. S.
Park
,
M.
Esposto
, and
S.
Rajan
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
203502
(
2010
).
12.
S.
Krishnamoorthy
,
P. S.
Park
, and
S.
Rajan
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
233504
(
2011
).
13.
H.
Okumura
,
D.
Martin
,
M.
Malinverni
, and
N.
Grandjean
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
072102
(
2016
).
14.
E. C.
Young
,
B. P.
Yonkee
,
F.
Wu
,
S. H.
Oh
,
S. P.
DenBaars
,
S.
Nakamura
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Express
9
,
022102
(
2016
).
15.
S.
Neugebauer
,
M. P.
Hoffmann
,
H.
Witte
,
J.
Bläsing
,
A.
Dadgar
,
A.
Strittmatter
,
T.
Niermann
,
M.
Narodovitch
, and
M.
Lehmann
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
102104
(
2017
).
16.
B. P.
Yonkee
,
E. C.
Young
,
S. P.
DenBaars
,
S.
Nakamura
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
191104
(
2016
).
17.
S.
Krishnamoorthy
,
F.
Akyol
, and
S.
Rajan
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
141104
(
2014
).
18.
M.
Malinverni
,
C.
Tardy
,
M.
Rossetti
,
A.
Castiglia
,
M.
Duelk
,
C.
Vélez
,
D.
Martin
, and
N.
Grandjean
,
Appl. Phys. Express
9
,
061004
(
2016
).
19.
Y.
Zhang
,
Z.
Jamal-Eddine
, and
S.
Rajan
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
58
,
SC0805
(
2019
).
20.
B. P.
Yonkee
,
E. C.
Young
,
C.
Lee
,
J. T.
Leonard
,
S. P.
DenBaars
,
J. S.
Speck
, and
S.
Nakamura
,
Opt. Express
24
,
7816
(
2016
).
21.
M.
Malinverni
,
D.
Martin
, and
N.
Grandjean
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
051107
(
2015
).
22.
M.
Siekacz
,
G.
Muziol
,
M.
Hajdel
,
M.
Żak
,
K.
Nowakowski-Szkudlarek
,
H.
Turski
,
M.
Sawicka
,
P.
Wolny
,
A.
Feduniewicz-Żmuda
,
S.
Stanczyk
,
J.
Moneta
, and
C.
Skierbiszewski
,
Opt. Express
27
,
5784
(
2019
).
23.
P.
Li
,
H.
Li
,
Y.
Yao
,
H.
Zhang
,
C.
Lynsky
,
K. S.
Qwah
,
M.
Iza
,
J. S.
Speck
,
S.
Nakamura
, and
S. P.
DenBaars
,
Opt. Express
29
,
22001
(
2021
).
24.
M.
Siekacz
,
G.
Muziol
,
H.
Turski
,
M.
Hajdel
,
M.
Żak
,
M.
Chlipała
,
M.
Sawicka
,
K.
Nowakowski-Szkudlarek
,
A.
Feduniewicz-żmuda
,
J.
Smalc-Koziorowska
,
S.
Stańczyk
, and
C.
Skierbiszewski
,
Electronics
9
,
1481
(
2020
).
25.
M. J.
Grundmann
and
U. K.
Mishra
,
Phys. Status Solidi C
4
,
2830
2833
(
2007
).
26.
S. M.
Sadaf
,
Y. H.
Ra
,
H. P. T.
Nguyen
,
M.
Djavid
, and
Z.
Mi
,
Nano Lett.
15
,
6696
6701
(
2015
).
27.
C. H.
Wang
,
J. R.
Chen
,
C. H.
Chiu
,
H. C.
Kuo
,
Y. L.
Li
,
T. C.
Lu
, and
S. C.
Wang
,
IEEE Photonics Technol. Lett.
22
,
236
238
(
2010
).
28.
S.
Grzanka
,
G.
Franssen
,
G.
Targowski
,
K.
Krowicki
,
T.
Suski
,
R.
Czernecki
,
P.
Perlin
, and
M.
Leszczyński
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
103507
102008
(
2007
).
29.
S.
Bharadwaj
,
J.
Miller
,
K.
Lee
,
J.
Lederman
,
M.
Siekacz
,
H. (Grace)
Xing
,
D.
Jena
,
C.
Skierbiszewski
, and
H.
Turski
,
Opt. Express
28
,
4489
(
2020
).
30.
H.
Turski
,
S.
Bharadwaj
,
H.
Xing
, and
D.
Jena
,
J. Appl. Phys.
125
,
203104
(
2019
).
31.
K.
Lee
,
S.
Bharadwaj
,
Y.-T.
Shao
,
L.
van Deurzen
,
V.
Protasenko
,
D. A.
Muller
,
H. G.
Xing
, and
D.
Jena
,
Appl. Phys. Lett.
117
,
061104
(
2020
).
32.
C.
Nenstiel
,
M.
Bügler
,
G.
Callsen
,
F.
Nippert
,
T.
Kure
,
S.
Fritze
,
A.
Dadgar
,
H.
Witte
,
J.
Bläsing
,
A.
Krost
, and
A.
Hoffmann
,
Phys. Status Solidi RRL
9
,
716
721
(
2015
).
33.
V. F.
Arcara
,
B.
Damilano
,
G.
Feuillet
,
S.
Vézian
,
K.
Ayadi
,
S.
Chenot
, and
J. Y.
Duboz
,
J. Appl. Phys.
126
,
224503
(
2019
).
34.
S.
Fritze
,
A.
Dadgar
,
H.
Witte
,
M.
Bügler
,
A.
Rohrbeck
,
J.
Bläsing
,
A.
Hoffmann
, and
A.
Krost
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
122104
(
2012
).
35.
L.
Lugani
,
M.
Malinverni
,
S.
Tirelli
,
D.
Marti
,
E.
Giraud
,
J. F.
Carlin
,
C. R.
Bolognesi
, and
N.
Grandjean
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
202113
(
2014
).
36.
J. T.
Leonard
,
E. C.
Young
,
B. P.
Yonkee
,
D. A.
Cohen
,
T.
Margalith
,
S. P.
DenBaars
,
J. S.
Speck
, and
S.
Nakamura
,
Appl. Phys. Lett.
107
(
1
),
011102
(
2015
).
37.
A.
Dadgar
,
J.
Biäsing
,
A.
Diez
, and
A.
Krost
,
Appl. Phys. Express
4
,
011001
(
2011
).
38.
L. T.
Romano
,
C. G.
Van De Walle
,
J. W.
Ager
,
W.
Götz
, and
R. S.
Kern
,
J. Appl. Phys.
87
,
7745
7752
(
2000
).
39.
T.
Markurt
,
L.
Lymperakis
,
J.
Neugebauer
,
P.
Drechsel
,
P.
Stauss
,
T.
Schulz
,
T.
Remmele
,
V.
Grillo
,
E.
Rotunno
, and
M.
Albrecht
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
036103
(
2013
).
40.
L.
van Deurzen
,
M.
Gómez Ruiz
,
K.
Lee
,
H.
Turski
,
S.
Bharadwaj
,
R.
Page
,
V.
Protasenko
,
H. (Grace)
Xing
,
J.
Lähnemann
, and
D.
Jena
,
J. Phys. D
54
,
495106
(
2021
).
41.
G.
Greco
,
F.
Iucolano
, and
F.
Roccaforte
,
Appl. Surf. Sci.
383
,
324
345
(
2016
).
42.
M.
Zak
,
G.
Muziol
,
H.
Turski
,
M.
Siekacz
,
K.
Nowakowski-Szkudlarek
,
A.
Feduniewicz-Żmuda
,
M.
Chlipała
,
A.
Lachowski
, and
C.
Skierbiszewski
,
Phys. Rev. Appl.
15
,
024046
(
2021
).
You do not currently have access to this content.