microled-bandsimulation-refliterature

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找蓝光GaN-micro-LED仿真的文章带trap和不带trap的文章各五篇，嗯得多看点paper，之前的学习状态不对
这篇不赖ref：Designs of InGaN Micro‑LED Structure for Improving Quantum Efficiency at Low Current Density
用APSYS仿真的

几乎一模一样的参数，感动ing，文章主要对比了0.1A/cm2(1E-5)和200A/cm2（0.02A）处情况

这个first level electron-hole wave function 有点意思

  • 注入会减轻斯塔克效应，使得first-level“更正对”
  • 因此，高注入电流会提高这个值

    polarization会影响复合速率，具体体现在增加carrier集中的空间位置
  • 从右图看出，靠近p级时受影响最小，说明这里的注入最高

GaN中，hole的浓度低一个量级，mobility低两个量级，这影响inject efficiency和radiative recombination rate

瞬态的电流密度可以超过总电流，没懂是怎么定义的

p-GaN对LED的影响很小

EBL中doping的影响就很大了，Aldoping和EBL都被fix了

  • 最接近n端的electron会产生向下bending的电场，从而在EBL表面形成valley，如果该情况发生，blocking作用就失效了（见图d中EBL区域的高electron浓度）
  • 同时，低concentration时也会增加hole inject的能垒
  • 因此，增加EBL的pdoping是有利的，文中用的是“much higher”，因为Mg中的p的activation energy甚至更低
  • 文中使用的6E19，drawback是形成了

    不同电流下的barrier hight

    随着Al组分的减小，前面提到的不利效应出现减弱，观察到injection变得更优。文章的结论是去掉EBL会得到更好的injection。但是这么做应该会使漏电升高
  • 200A时的SRH占1E-2
  • 0.1A时的auger可忽略，SRH comparable
    文中提到Therefore, the effect of defect density can be estimated by simplychanging the SRH lifetime in the simulation.有点意思，回头去check一下handbook里面是怎么计算defect的

ref：Ultra-low-current driven InGaN blue micro light-emitting diodes for electrically efficient and self-heating relaxed microdisplay
这篇文章讲的是提升epi，抑制small size degradation

  • 波长和构型都很契合
  • 看左下的图，3.5nm的efficiency特别低，this could be attribute to the formation of the miniband near the interface.
    用不同尺寸下的电流提取了surface和mesa的电流
  • 文章里还提到thicker QB could enhance EQE
  • 同时thick QB 也提供了smaller Maximum EQE peak shift

    ref：Analysis of nonradiative recombination mechanisms and their impacts on the device performance of InGaN/GaN light-emitting diodes
    这篇文章还包括了In general, the ideality factors indicate the mechanisms of carrier transport and recombination: For instance, an ideality factor of one is caused by the band-to-band radiative recombination, an ideality factor of two is resulted from the Shockley–Read–Hole (SRH) recombination via defect levels, and an ideality factor greater than two is induced by the defect-assisted tunneling phenomenon.25,26 In other words, a decrease in ideality factor close to one from a value greater than one in Region 1 is caused by gradual predominance of the radiative recombination, while an increase in ideality factor in Region 2 is due to the series resistance.稍后再逐个看
    里面提到的这个S-parameter挺有意思的，但是需要测光，感觉本质和ideality factor无关

    在低温下，SRH会收到抑制，while tuneling不受影响，因此50K时，A的pile up变得严重，为什么open circuit voltage减小没看懂。但B显示出与A不同的趋势
    回到之前的文章，文章的仿真也是用SILVACO做的，以下的结果都是在电流0.1A时解的，调研一下是不是LED需要用电流密度仿真

    electron-hole concentration，racombination rate， electron current density， energy band
    参数总结
  • geometry 10*10um
  • polarization 50%
    这一项的意思是实际极化面电荷与理论电荷量之比
  • band offset ratio 0.5：0.5
  • surface recombination velocity 1E5cm/s 这一项很tricky
  • The SRH recombination lifetime 100 ns
  • radiative recombination 1 × 10−10 cm3/s
  • Auger recombination coefficient 1 × 10−31 cm6/s
    从supplement文件中可以找到0.1A注入时的banddiagram

    ref：Band parameters for nitrogen-containing semiconductors 材料parameter参考这篇，我勒个3000引

    T-dependent bandgap
    $$
    E_g(T)=E_g(T=0)-\frac{\alpha T^2}{T+\beta},
    $$
    只给了electron的有效质量，因为空穴的质量是由下面公式决定的，能用上的也就Eg，电子质量，polarization
    $$
    E_g\left(A_{1-x} B_x\right)=(1-x) E_g(A)+x E_g(B)-x(1-x) C
    $$
    合金的bandgap如这个公式，需要知道C
    InGaN：1.4eV
    AlGaN：0.7eV


ref：A simulation study on the enhancement of the efficiency of GaN-based blue light-emitting diodes at low current density for micro-LED applications
用APSYS做的
band offset ratio：70：30（C:V）

  • 设置了一个SRH internal loss
  • The SRH recombination lifetime 100 ns
  • radiative recombination 直接设置了0.78效率
  • polarization也是50%
  • Auger recombination coefficient 1 × 10−31 cm6/s
    SRH，auger，polarization的值与上一篇相同，来看看bandoffset怎么设置

    同样引自3000引这篇，应该是用导带顶距离和bandgap计算出的，我大概懂了，silvaco的默认设置来自03年这篇应该
  • 0.5um nGAN
  • 20nm Al0.15 1.2E18的p-doping
  • 15nm ln0.1 barrier
  • 2nm In0.225
  • 发射波长450nm

    1A/cm2注入时的bandeng
    随后研究SQW

    n-side doping

    改变QBmaterial


超大救星~
ref：Optimizing performance and energy consumption in GaN(n)/InxGa1-xN/GaN/AlGaN/GaN(p) light-emitting diodes by quantum-well number and mole fraction

n-GaN: 3000nm
InGaN: 0.16; 3nm
QB intrinsic GaN: 15m (6 period in the active region)
EBL：Al0.15 dop 45nm
p-GaN: 200nm
其他方法：

  • uniform doping
  • block Newton method
  • band offset使用atlas默认的0.7
    使用的模型，我决定用这些参数作为后续模拟的setup

    结论先不看了，这写得跟个实验报告似的……


用APSYS写的，用作来复现验证
ref：A new structure of p-GaN/InGaN heterojunction to enhance hole injection for blue GaN-based LEDs
加了一层p-InGaN

n-GaN:5E18
InGaN:0.15
EBL: Al=0.15; 7E17
p-GaN: 7E17
其他参数参照
ref：Sensitivity analysis of electron leakage in III-nitride light-emitting diodes
AlGaN：GaN=3.43;ALN=6.14,C=0.6
acceptor ionization : linearly from 170mV (GaN) to 470mV (AlGaN)
bandoffset = 0.6

模拟条件：100A/cm2



ref：Efficiency enhancement of InGaN/GaN light-emitting diodes with pin-doped GaN quantum barrier主要研究QB的影响，使用1D-DDCC，是一款轻量级软件

我们复现的重点应该是A构型（1E16）

  • n-GaN: 5E18,2000nm
  • EBL:AL0.15, 1E19,20nm
  • p-GaN:2E19
    其他信息：
  • Si ionization energy： 20mV
  • acceptor ionization : linearly from 170mV (GaN) to 470mV (AlGaN)
  • polarization: 0.5
  • The SRH recombination lifetime 100 ns
  • radiative recombination 2 × 10−11 cm3/s
  • Auger recombination coefficient 1 × 10−31 cm6/s
    仿真电流密度：100A/cm2