Off-axis electron holography has been used to measure the width of the depletion region in a series of tunnel junction GaN light emitting diodes that have been prepared using different growth processes for blue emission. The total measured potentials are combinations of the mean inner potential, dopant potential, and piezoelectric contributions. The dopant potential has been unmixed from the mean inner potential such that the width of the tunnel junctions in the different diodes can be measured. The experimental results are then compared to secondary ion mass spectrometry, simulations, and opto-electronic testing. We find that the measured tunnel junction widths are consistent with simulations as well as the current density and voltage characteristics. As such, off-axis electron holography has been demonstrated as a unique technique that can be used to reproducibly measure the electrostatic potentials in tunnel junctions with nm-scale resolution in real III–V device specimens.

1.
F.
Akyol
,
S.
Krishnamoorthy
, and
S.
Rajan
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
081107
(
2013
).
2.
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
).
3.
S.-R.
Jeon
,
Y.-H.
Song
,
H.-J.
Jang
,
G. M.
Yang
,
S. W.
Hwang
, and
S. J.
Son
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
3265
(
2001
).
4.
H.
Hirayama
,
N.
Maeda
,
S.
Fujikawa
,
S.
Toyoda
, and
N.
Kamata
,
Jpn. J. Appl. Phys.
53
,
100209
(
2014
).
5.
Y.
Nagasawa
and
A.
Hirano
,
Appl. Sci.
8
,
1264
(
2018
).
6.
M.
Shatalov
,
W.
Sun
,
R.
Jain
,
A.
Lunev
,
X.
Hu
,
A.
Dobrinsky
,
Y.
Bilenko
,
J.
Yang
,
G. A.
Garrett
,
L. E.
Rodak
,
M.
Wraback
,
M.
Shur
, and
R.
Gaska
,
Semicond. Sci. Technol.
29
,
084007
(
2014
).
7.
M.
Saha
,
A.
Biswas
, and
H.
Karan
,
Opt. Mater.
77
,
104
(
2018
).
8.
S. J.
Kowsz
,
E. C.
Young
,
B. P.
Yonkee
,
C. D.
Pynn
,
R. M.
Farrell
,
J. S.
Speck
,
S. P.
DenBaars
, and
S.
Nakamura
,
Opt. Express
25
,
3841
(
2017
).
9.
D.
Kasahara
,
D.
Morita
,
T.
Kosugi
,
K.
Nakagawa
,
J.
Kawamata
,
Y.
Higuchi
,
H.
Matsumura
, and
T.
Mukai
,
Appl. Phys. Express
4
,
072103
(
2011
).
10.
Y.
Zhang
,
S.
Krishnamoorthy
,
J. M.
Johnson
,
F.
Akyol
,
A.
Allerman
,
M. W.
Moseley
,
A.
Armstrong
,
J.
Hwang
, and
S.
Rajan
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
141103
(
2015
).
11.
Y.
Zhang
,
S.
Krishnamoorthy
,
F.
Akyol
,
A. A.
Allerman
,
M. W.
Moseley
,
A. M.
Armstrong
, and
S.
Rajan
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
121102
(
2016
).
12.
V.
Fan Arcara
,
B.
Damilano
,
G.
Feuillet
,
S.
Vézian
,
K.
Ayadi
,
S.
Chenot
, and
J.-Y.
Duboz
,
J. Appl. Phys.
126
,
224503
(
2019
).
13.
F.
Akyol
,
Y.
Zhang
,
S.
Krishnamoorthy
, and
S.
Rajan
,
Appl. Phys. Express
10
,
121003
(
2017
).
14.
E.
Di Russo
,
A.
Mavel
,
V.
Fan Arcara
,
B.
Damilano
,
I.
Dimkou
,
S.
Vézian
,
A.
Grenier
,
M.
Veillerot
,
N.
Rochat
,
G.
Feuillet
,
B.
Bonef
,
L.
Rigutti
,
J.-Y.
Duboz
,
E.
Monroy
, and
D.
Cooper
,
Nanotechnology
31
,
465706
(
2020
).
15.
Y.
Kuwano
,
M.
Kaga
,
T.
Morita
,
K.
Yamashita
,
K.
Yagi
,
M.
Iwaya
,
T.
Takeuchi
,
S.
Kamiyama
, and
I.
Akasaki
,
Jpn. J. Appl. Phys.
52
,
08JK12
(
2013
).
16.
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
).
17.
H.
Lichte
and
M.
Lehmann
,
Rep. Prog. Phys.
71
,
016102
(
2007
).
18.
A.
Tonomura
,
Rev. Mod. Phys.
59
,
639
(
1987
).
19.
P.
Kruse
,
M.
Schowalter
,
D.
Lamoen
,
A.
Rosenauer
, and
D.
Gerthsen
,
Ultramicroscopy
106
,
105
(
2006
).
20.
V.
Boureau
,
R.
McLeod
,
B.
Mayall
, and
D.
Cooper
,
Ultramicroscopy
193
,
52
(
2018
).
21.
D.
Cooper
,
V.
Boureau
,
A.
Even
,
F.
Barbier
, and
A.
Dussaigne
,
Nanotechnology
31
,
475705
(
2020
).
22.
V.
Fan Arcara
,
B.
Damilano
,
G.
Feuillet
,
A.
Courville
,
S.
Chenot
, and
J.-Y.
Duboz
,
AIP Adv.
9
,
055101
(
2019
).
23.
M.
Mukhopadhyay
,
S. K.
Ray
, and
C. K.
Maiti
,
J. Vac. Sci. Technol. B
14
,
1682
(
1996
).
24.
E.
Vadiee
,
E. A.
Clinton
,
H.
McFavilen
,
A. S.
Weidenbach
,
Z.
Engel
,
C.
Matthews
,
C.
Zhang
,
C.
Arena
,
R. R.
King
,
C. B.
Honsberg
, and
W. A.
Doolittle
,
Appl. Phys. Express
11
,
082304
(
2018
).
25.
J. M. O.
Zide
,
A.
Kleiman-Shwarsctein
,
N. C.
Strandwitz
,
J. D.
Zimmerman
,
T.
Steenblock-Smith
,
A. C.
Gossard
,
A.
Forman
,
A.
Ivanovskaya
, and
G. D.
Stucky
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
162103
(
2006
).
26.
S.
Krishnamoorthy
,
T. F.
Kent
,
J.
Yang
,
P. S.
Park
,
R. C.
Myers
, and
S.
Rajan
,
Nano Lett.
13
,
2570
(
2013
).
27.
L.
Amichi
,
I.
Mouton
,
V.
Boureau
,
E.
Di Russo
,
P.
Vennéguès
,
P.
De Mierry
,
A.
Grenier
,
P.-H.
Jouneau
,
C.
Bougerol
, and
D.
Cooper
,
Nanotechnology
31
,
045702
(
2019
).
28.
J. B.
Park
,
T.
Niermann
,
D.
Berger
,
A.
Knauer
,
I.
Koslow
,
M.
Weyers
,
M.
Kneissl
, and
M.
Lehmann
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
094102
(
2014
).
29.
P. K.
Somodi
,
A. C.
Twichett-Harrison
,
P. A.
Midgley
,
B. E.
Kardynal
,
C. H. W.
Barnes
, and
R. E.
Dunin-Borkowski
,
Ultramicroscopy
134
,
160
(
2013
).
30.
V.
Boureau
and
D.
Cooper
,
J. Appl. Phys.
128
,
155704
(
2020
).
31.
V. V.
Volkov
,
M. G.
Han
, and
Y.
Zhu
,
Ultramicroscopy
134
,
175
(
2013
).
32.
Q.
Ru
,
G.
Lai
,
K.
Aoyama
,
J.
Endo
, and
A.
Tonomura
,
Ultramicroscopy
55
,
209
(
1994
).
33.
M.
Hytch
,
J. L.
Putaux
, and
J. M.
Pénisson
,
Nature
423
,
270
(
2003
).
34.
P.
Rueda-Fonseca
,
E.
Robin
,
E.
Bellet-Amalric
,
M.
Lopez-Haro
,
M.
Den Hertog
,
Y.
Genuist
,
R.
André
,
A.
Artioli
,
S.
Tatarenko
,
D.
Ferrand
, and
J.
Cibert
,
Nano Lett.
16
,
1637
(
2016
).
35.
S.
Brochen
,
J.
Brault
,
S.
Chenot
,
A.
Dussaigne
,
M.
Leroux
, and
B.
Damilano
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
032102
(
2013
).
36.
G.
Miceli
and
A.
Pasquarello
,
Phys. Rev. B
93
,
165207
(
2016
).
37.
S.
Birner
,
T.
Zibold
,
T.
Andlauer
,
T.
Kubis
,
M.
Sabathil
,
A.
Trellakis
, and
P.
Vogl
,
IEEE Trans. Electron. Devices
54
,
2137
(
2007
).
38.
P.
Li
,
H.
Zhang
,
H.
Li
,
Y.
Zhang
,
Y.
Yao
,
N.
Palmquist
,
M.
Iza
,
J. S.
Speck
,
S.
Nakamura
, and
S. P.
DenBaars
,
Semicond. Sci. Technol.
35
,
125023
(
2020
).
39.
J.
Wang
,
E. C.
Young
,
W. Y.
Ho
,
B.
Bonef
,
T.
Margalith
, and
J. S.
Speck
,
Semicond. Sci. Technol.
35
,
125026
(
2020
).
40.
X.
Guo
and
E. F.
Schubert
,
J. Appl. Phys.
90
,
4191
(
2001
).
You do not currently have access to this content.