In this paper, we describe the influence of the intrinsic indium fluctuation in the InGaN quantum wells on the carrier transport, efficiency droop, and emission spectrum in GaN-based light emitting diodes (LEDs). Both real and randomly generated indium fluctuations were used in 3D simulations and compared to quantum wells with a uniform indium distribution. We found that without further hypothesis the simulations of electrical and optical properties in LEDs such as carrier transport, radiative and Auger recombination, and efficiency droop are greatly improved by considering natural nanoscale indium fluctuations.

1.
H.-Y.
Ryu
,
D.-S.
Shin
, and
J.-I.
Shim
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
131109
(
2012
).
2.
X.
Ni
,
X.
Li
,
J.
Lee
,
S.
Liu
,
V.
Avrutin
,
A.
Matulionis
,
U.
Ozgur
, and
H.
Morkoc
,
Superlattices Microstruct.
48
,
133
(
2010
).
3.
F.
Akyol
,
D. N.
Nath
,
S.
Krishnamoorthy
,
P. S.
Park
, and
S.
Rajan
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
111118
(
2012
).
4.
K. T.
Delaney
,
P.
Rinke
, and
C. G. V. de
Walle
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
191109
(
2009
).
5.
Y. C.
Shen
,
G. O.
Mueller
,
S.
Watanabe
,
N. F.
Gardner
,
A.
Munkholm
, and
M. R.
Krames
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
141101
(
2007
).
6.
H.-Y.
Ryu
,
H.-S.
Kim
, and
J.-I.
Shim
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
081114
(
2009
).
7.
F.
Bertazzi
,
M.
Goano
, and
E.
Bellotti
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
231118
(
2010
).
8.
J.
Iveland
,
L.
Martinelli
,
J.
Peretti
,
J. S.
Speck
, and
C.
Weisbuch
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
177406
(
2013
).
9.
E.
Kioupakis
,
P.
Rinke
,
K. T.
Delaney
, and
C. G.
Van de Walle
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
161107
(
2011
).
10.
J.
Hader
,
J. V.
Moloney
, and
S. W.
Koch
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
221106
(
2010
).
11.
M. F.
Schubert
,
S.
Chhajed
,
J. K.
Kim
,
E. F.
Schubert
,
D. D.
Koleske
,
M. H.
Crawford
,
S. R.
Lee
,
A. J.
Fischer
,
G.
Thaler
, and
M. A.
Banas
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
231114
(
2007
).
12.
N. I.
Bochkareva
,
V. V.
Voronenkov
,
R. I.
Gorbunov
,
A. S.
Zubrilov
,
Y. S.
Lelikov
,
P. E.
Latyshev
,
Y. T.
Rebane
,
A. I.
Tsyuk
, and
Y. G.
Shreter
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
133502
(
2010
).
13.
B.
Monemar
and
B. E.
Sernelius
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
181103
(
2007
).
14.
T.
Mukai
,
M.
Yamada
, and
S.
Nakamura
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
38
,
3976
(
1999
).
15.
S.
Chichibu
,
T.
Azuhata
,
T.
Sota
, and
S.
Nakamura
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
4188
(
1996
).
16.
R.
Vaxenburg
,
A.
Rodina
,
E.
Lifshitz
, and
A. L.
Efros
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
221111
(
2013
).
17.
J.
Peretti
,
C.
Weisbuch
,
J.
Iveland
,
M.
Piccardo
,
L.
Martinelli
, and
J. S.
Speck
,
Proc. SPIE
9003
,
90030Z
(
2007
).
18.
J.-R.
Chen
,
Y.-C.
Wu
,
S.-C.
Ling
,
T.-S.
Ko
,
T.-C.
Lu
,
H.-C.
Kuo
,
Y.-K.
Kuo
, and
S.-C.
Wang
,
Appl. Phys. B
98
,
779
(
2010
).
19.
J. R.
Chen
,
S. C.
Ling
,
H. M.
Huang
,
P. Y.
Su
,
T. S.
Ko
,
T. C.
Lu
,
H. C.
Kuo
,
Y. K.
Kuo
, and
S. C.
Wang
,
Appl. Phys. B
95
,
145
(
2009
).
20.
S. E.
Bennett
,
D. W.
Saxey
,
M. J.
Kappers
,
J. S.
Barnard
,
C. J.
Humphreys
,
G. D. W.
Smith
, and
R. A.
Oliver
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
021906
(
2011
).
21.
D.
Watson-Parris
,
M. J.
Godfrey
,
P.
Dawson
,
R. A.
Oliver
,
M. J.
Galtrey
,
M. J.
Kappers
, and
C. J.
Humphreys
,
Phys. Rev. B
83
,
115321
(
2011
).
22.
R.
Shivaraman
,
Y.
Kawaguchi
,
S.
Tanaka
,
S. P.
DenBaars
,
S.
Nakamura
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
251104
(
2013
).
23.
B.
Mazumder
,
M.
Esposto
,
T. H.
Hung
,
T.
Mates
,
S.
Rajan
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
151601
(
2013
).
24.
J. R.
Riley
,
T.
Detchprohm
,
C.
Wetzel
, and
L. J.
Lauhon
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
152102
(
2014
).
25.
J.-P.
Ahl
,
J.
Hertkorn
,
H.
Koch
,
B.
Galler
,
B.
Michel
,
M.
Binder
, and
B.
Hollander
,
J. Cryst. Growth
398
,
33
(
2014
).
26.
Y.-R.
Wu
,
R.
Shivaraman
,
K.-C.
Wang
, and
J. S.
Speck
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
083505
(
2012
).
27.
M.
Sabathil
,
A.
Laubsch
, and
N.
Linder
,
Proc. SPIE
6486
,
64860V
(
2007
).
28.
M. A.
Caro
,
S.
Schulz
, and
E. P.
O'Reilly
,
Phys. Rev. B
88
,
214103
(
2013
).
29.
R.
Shivaraman
, Ph.D. thesis,
University of California, Santa Barbara
,
2013
.
30.
C.
Geuzaine
and
J.-F.
Remacle
,
Int. J. Numer. Methods Eng.
79
,
1309
1331
(
2009
).
31.
C.-K.
Li
,
H.-C.
Yang
,
T.-C.
Hsu
,
Y.-J.
Shen
,
A.-S.
Liu
, and
Y.-R.
Wu
,
J. Appl. Phys.
113
,
183104
(
2013
).
32.
J.
Wu
,
J. Appl. Phys.
106
,
011101
(
2009
).
33.
O.
Ambacher
,
J.
Majewski
,
C.
Miskys
,
A.
Link
,
M.
Hermann
,
M.
Eickhoff
,
M.
Stutzmann
,
F.
Bernardini
,
V.
Fiorentini
,
V.
Tilak
 et al,
J. Phys.: Condens. Matter
14
,
3399
(
2002
).
34.
F.
Bernardini
and
V.
Fiorentini
,
Phys. Rev. B
57
,
R9427
(
1998
).
35.
J.
Pal
,
G.
Tse
,
V.
Haxha
,
M. A.
Migliorato
, and
S.
Tomić
,
Phys. Rev. B
84
,
085211
(
2011
).
36.
J.
Pal
,
M. A.
Migliorato
,
C.-K.
Li
,
Y.-R.
Wu
,
B. G.
Crutchley
,
I. P.
Marko
, and
S. J.
Sweeney
,
J. Appl. Phys.
114
,
073104
(
2013
).
37.
Y.-R.
Wu
,
Y.-Y.
Lin
,
H.-H.
Huang
, and
J.
Singh
,
J. Appl. Phys.
105
,
013117
(
2009
).
38.
J.
Piprek
,
Phys. Status Solidi A
207
,
2217
(
2010
).
39.
J.
Hader
,
J. V.
Moloney
, and
S. W.
Koch
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
181127
(
2011
).
40.
H.-Y.
Ryu
and
J.-I.
Shim
,
Opt. Express
19
,
2886
(
2011
).
41.
C.-K.
Li
,
M.
Rosmeulen
,
E.
Simoen
, and
Y.-R.
Wu
,
IEEE Trans. Electron Devices
61
,
511
(
2014
).
42.
M.
Calciati
,
M.
Goano
,
F.
Bertazzi
,
M.
Vallone
,
X.
Zhou
,
G.
Ghione
,
M.
Meneghini
,
G.
Meneghesso
,
E.
Zanoni
,
E.
Bellotti
 et al,
AIP Adv.
4
,
067118
(
2014
).
You do not currently have access to this content.