InGaN-based light-emitting diodes (LEDs) exhibit a significant efficiency loss (droop) when operating at high injected carrier densities, the origin of which remains an open issue. Using atomistic first-principles calculations, we show that this efficiency droop is caused by indirect Auger recombination, mediated by electron-phonon coupling and alloy scattering. By identifying the origin of the droop, our results provide a guide to addressing the efficiency issues in nitride LEDs and the development of efficient solid-state lighting.
REFERENCES
1.
S.
Pimputkar
, J. S.
Speck
, S. P.
DenBaars
, and S.
Nakamura
, Nat. Photonics
3
, 180
(2009
).2.
M. -H.
Kim
, M. F.
Schubert
, Q.
Dai
, J. K.
Kim
, E. F.
Schubert
, J.
Piprek
, and Y.
Park
, Appl. Phys. Lett.
91
, 183507
(2007
);N. I.
Bochkareva
V. V.
Voronenkov
, R. I.
Gorbunov
, A. S.
Zubrilov
, Y. S.
Lelikov
, F. E.
Latyshev
, Y. T.
Rebane
, A. I.
Tsyuk
, and Y. G.
Shreter
, Semiconductors
44
, 794
(2010
);U.
Özgür
, H.
Liu
, X.
Li
, X.
Ni
, and H.
Morkoç
, Proc. IEEE
98
, 1180
(2010
).3.
B.
Monemar
and B. E.
Sernelius
, Appl. Phys. Lett.
91
, 181103
(2007
).4.
Y. C.
Shen
, G. O.
Mueller
, S.
Watanabe
, N. F.
Gardner
, A.
Munkholm
, and M. R.
Krames
, Appl. Phys. Lett.
91
, 141101
(2007
).5.
K.
Delaney
, P.
Rinke
, and C. G.
Van de Walle
, Appl. Phys. Lett.
94
, 191109
(2009
).6.
A.
Laubsch
, M.
Sabathil
, W.
Bergbauer
, M.
Strassburg
, H.
Lugauer
, M.
Peter
, S.
Lutgen
, N.
Linder
, K.
Streubel
, J.
Hader
, J. V.
Moloney
, B.
Pasenow
, and S. W.
Koch
, Phys. Status Solidi C
6
, S913
(2009
).7.
M.
Peter
, A.
Laubsch
, W.
Bergbauer
, T.
Meyer
, M.
Sabathil
, J.
Baur
, and B.
Hahn
, Phys. Status Solidi A
206
, 1125
(2009
).8.
K. A.
Bulashevich
and S. Y.
Karpov
, Phys. Status Solidi C
5
, 2066
(2008
);M.
Meneghini
, N.
Trivellin
, G.
Meneghesso
, E.
Zanoni
, U.
Zehnder
, and B.
Hahn
, J. Appl. Phys.
106
, 114508
(2009
);M.
Zhang
, P.
Bhattacharya
, J.
Singh
, and J.
Hinckley
, Appl. Phys. Lett.
95
, 201108
(2009
);A.
David
and M. J.
Grundmann
, Appl. Phys. Lett.
96
, 103504
(2010
);A.
David
and M. J.
Grundmann
, Appl. Phys. Lett.
97
, 033501
(2010
).9.
J.
Piprek
, Phys. Status Solidi A
207
, 2217
(2010
).10.
J.
Hader
, J. V.
Moloney
, B.
Pasenow
, S. W.
Koch
, M.
Sabathil
, N.
Linder
, and S.
Lutgen
, Appl. Phys. Lett.
92
, 261103
(2008
).11.
E.
Kioupakis
, P.
Rinke
, A.
Schleife
, F.
Bechstedt
, and C. G.
Van de Walle
, Phys. Rev. B
81
, 241201
(2010
).12.
P.
Giannozzi
, S.
Baroni
, N.
Bonini
, M.
Calandra
, R.
Car
, C.
Cavazzoni
, D.
Ceresoli
, G. L.
Chiarotti
, M.
Cococcioni
, I.
Dabo
, A. Dal
Corso
, S.
de Gironcoli
, S.
Fabris
, G.
Fratesi
, R.
Gebauer
, U.
Gerstmann
, C.
Gougoussis
, A.
Kokalj
, M.
Lazzeri
, L.
Martin-Samos
, N.
Marzari
, F.
Mauri
, R.
Mazzarello
, S.
Paolini
, A.
Pasquarello
, L.
Paulatto
, C.
Sbraccia
, S.
Scandolo
, G.
Sclauzero
, A. P.
Seitsonen
, A.
Smogunov
, P.
Umari
, and R. M.
Wentzcovitch
, J. Phys.: Condens. Matter
21
, 395502
(2009
).13.
D. B.
Laks
, G. F.
Neumark
, and S. T.
Pantelides
, Phys. Rev. B
42
, 5176
(1990
);14.
G.
Cappellini
, R.
Del Sole
, L.
Reining
, and F.
Bechstedt
, Phys. Rev. B
47
, 9892
(1993
).15.
D.
Shin
, R.
Arróyave
, Z. -K.
Liu
, and A.
Van de Walle
, Phys. Rev. B
74
, 024204
(2006
).16.
A. A.
Mostofi
, J. R.
Yates
, Y. -S.
Lee
, I.
Souza
, D.
Vanderbilt
, and N.
Marzari
, Comput. Phys. Commun.
178
, 685
(2008
).17.
J.
Hader
, J. V.
Moloney
, and S. W.
Koch
, Appl. Phys. Lett.
87
, 201112
(2005
).18.
B.
Pasenow
, S. W.
Koch
, J.
Hader
, J. V.
Moloney
, M.
Sabathil
, N.
Linder
, and S.
Lutgen
, Phys. Status Solidi C
6
, S864
(2009
).19.
E. F.
Schubert
, Light-emitting Diodes
(Cambridge University Press
, Cambridge
, 2006
).© 2011 American Institute of Physics.
2011
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.
