Light emission from several-atom In–N clusters in wurtzite Ga-rich InGaN alloys and InGaN/GaN strained quantum wells
Source abstract
Abstract
Abstract In order to understand the mechanism of light emission and to seek the special In-related crystal microstructures associated with the elusive electron localization centers, we consider four representative In configurations (uniform, small In–N clusters, short In–N chains, and a combination of clusters and chains) in wurtzite Ga-rich In x Ga 1− x N alloys and In x Ga 1− x N/GaN strained quantum wells (QWs), respectively, and investigate their electronic structures using powerful first-principles calculations. We find that the several-atom In–N clusters can exist stably with a high concentration due to their small formation energy and play an important role in Ga-rich In x Ga 1− x N alloys and QWs. Unlike previous In–N-chain or In-rich quantum dot-like viewpoints, as radiative recombination centers, the several-atom In–N clusters, especially the c -plane clusters, highly localize electrons at the valence band maximum (VBM) and dominate the light emission if clusters and chains coexist in Ga-rich In x Ga 1− x N alloys. The microscopic arrangement of In atoms in the alloy strongly influences its band gap and bowing parameter. Moreover, the strains of the In x Ga 1− x N layer can enhance the electron localization of the VBM state around the clusters. The physical reasons have been analyzed in-depth. Our results are in good agreement with experiments and other calculations.
Source: openaire · Quality: candidate unverified · Source record ↗
Research context
OpenAlex topics: GaN-based semiconductor devices and materials · Ga2O3 and related materials · Photocathodes and Microchannel Plates
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
References (84)
Show source-provided references
1. Nakamura · 2000
2. Neufeld · Appl Phys Lett · 2008 · 93 · 14350210.1063/1.2988894 ↗
3. Chen · Phys Status Solidi (a) · 2008 · 205 · 110310.1002/pssa.200778695 ↗
4. Wu · J Appl Phys · 2009 · 106 · 01110110.1063/1.3155798 ↗
5. Chichibu · Nature Mater · 2006 · 5 · 81010.1038/nmat1726 ↗
6. Kaneta · Phys Rev B · 2008 · 78 · 12531710.1103/PhysRevB.78.125317 ↗
7. Narukawa · Appl Phys Lett · 1997 · 70 · 98110.1063/1.118455 ↗
8. Park · Appl Phys Lett · 2005 · 87 · 06190610.1063/1.2008365 ↗
9. Lin · Appl Phys Lett · 2000 · 77 · 298810.1063/1.1323542 ↗
10. Chichibu · Appl Phys Lett · 1996 · 69 · 418810.1063/1.116981 ↗
11. Chichibu · Appl Phys Lett · 1997 · 71 · 234610.1063/1.120025 ↗
12. Tachibana · Appl Phys Lett · 2000 · 76 · 321210.1063/1.126632 ↗
13. Moriwaki · Appl Phys Lett · 2000 · 76 · 236110.1063/1.126346 ↗
14. Kachkanov · Philos Mag · 2007 · 87 · 199910.1080/14786430701342164 ↗
15. O’Donnell · Phys Rev Lett · 1999 · 82 · 23710.1103/PhysRevLett.82.237 ↗
16. Lemos · Phys Rev Lett · 2000 · 84 · 366610.1103/PhysRevLett.84.3666 ↗
17. Krestnikov · Phys Rev B · 2002 · 66 · 15531010.1103/PhysRevB.66.155310 ↗
18. Humphreys · Philos Mag · 2007 · 87 · 197110.1080/14786430701342172 ↗
19. Horie · Solar Energy Mater Solar Cells · 2009 · 93 · 101310.1016/j.solmat.2008.11.031 ↗
20. Shimomoto · Phys Status Solidi RRL · 2009 · 3 · 12410.1002/pssr.200903072 ↗
21. Jmerik · Semiconductors · 2008 · 42 · 61610.1134/S1063782608050229 ↗
22. Chang · Solid State Commun · 2009 · 149 · 1810.1016/j.ssc.2008.10.028 ↗
23. Wang · Appl Phys Lett · 2009 · 94 · 11191310.1063/1.3103559 ↗
24. Meng · Acta Mater · 2008 · 56 · 555210.1016/j.actamat.2008.07.032 ↗
25. Gorczyca · Phys Rev B · 2009 · 80 · 07520210.1103/PhysRevB.80.075202 ↗
26. Gorczyca · Appl Phys Lett · 2010 · 96 · 10190710.1063/1.3357419 ↗
27. Shi · J Appl Phys · 2003 · 94 · 40710.1063/1.1576490 ↗
28. Brandt · Nature Mater · 2006 · 5 · 76910.1038/nmat1728 ↗
29. Bardoux · Phys Rev B · 2009 · 79 · 15530710.1103/PhysRevB.79.155307 ↗
30. Kent · Appl Phys Lett · 2001 · 79 · 197710.1063/1.1405003 ↗
31. Wang · Phys Rev B · 2001 · 63 · 24510710.1103/PhysRevB.63.245107 ↗
32. Lee · J Appl Phys · 2006 · 100 · 09371710.1063/1.2364450 ↗
33. Chan · Phys Rev B · 2010 · 82 · 04511210.1103/PhysRevB.82.045112 ↗
34. Yam · Superlatt Microstruct · 2008 · 43 · 110.1016/j.spmi.2007.05.001 ↗
35. Waltereit · Nature · 2000 · 406 · 86510.1038/35022529 ↗
36. Pereira · Appl Phys Lett · 2002 · 81 · 120710.1063/1.1499220 ↗
37. Liou · Proc SPIE · 2005 · 5628 · 29610.1117/12.575300 ↗
38. Ferhat · Phys Rev B · 2002 · 65 · 07521310.1103/PhysRevB.65.075213 ↗
39. Moses · Appl Phys Lett · 2010 · 96 · 02190810.1063/1.3291055 ↗
40. Van de Walle · Mater Sci Eng B · 1999 · 59 · 27410.1016/S0921-5107(98)00340-7 ↗
41. Shen · J Cryst Growth · 2002 · 237-239 · 114810.1016/S0022-0248(01)02073-5 ↗
42. Ganchenkova · Phys Rev B · 2008 · 77 · 07520710.1103/PhysRevB.77.075207 ↗
43. Łepkowski · Phys Rev B · 2007 · 75 · 19530310.1103/PhysRevB.75.195303 ↗
44. Morales · Acta Mater · 2009 · 57 · 568110.1016/j.actamat.2009.07.063 ↗
45. Łepkowski · Phys Rev B · 2006 · 74 · 03533610.1103/PhysRevB.74.035336 ↗
46. Clark · Z Kristallogr · 2005 · 220 · 56710.1524/zkri.220.5.567.65075 ↗
47. Vanderbilt · Phys Rev B · 1990 · 41 · 789210.1103/PhysRevB.41.7892 ↗
48. Monkhorst · Phys Rev B · 1976 · 13 · 518810.1103/PhysRevB.13.5188 ↗
49. Pack · Phys Rev B · 1977 · 16 · 174810.1103/PhysRevB.16.1748 ↗
50. Perdew · Phys Rev Lett · 1996 · 77 · 386510.1103/PhysRevLett.77.3865 ↗
51. Litimein · Phys Status Solidi (b) · 2006 · 243 · 157710.1002/pssb.200565338 ↗
52. Terentjevs · J Phys Chem C · 2009 · 113 · 1132310.1021/jp811148z ↗
53. Dalpian · Phys Rev B · 2009 · 79 · 24120110.1103/PhysRevB.79.241201 ↗
54. Bertelli · Phys Rev B · 2010 · 80 · 11532410.1103/PhysRevB.80.115324 ↗
55. Łopuszyński · Phys Rev B · 2007 · 76 · 04520210.1103/PhysRevB.76.045202 ↗
56. Kresse · Phys Rev B · 1993 · 47 · 55810.1103/PhysRevB.47.558 ↗
57. Kresse · Comput Mater Sci · 1996 · 6 · 1510.1016/0927-0256(96)00008-0 ↗
58. Kresse · Phys Rev B · 1996 · 54 · 1116910.1103/PhysRevB.54.11169 ↗
59. Kresse · Phys Rev B · 1999 · 59 · 175810.1103/PhysRevB.59.1758 ↗
60. Delley · J Chem Phys · 1990 · 92 · 50810.1063/1.458452 ↗
61. Delley · J Chem Phys · 2000 · 113 · 775610.1063/1.1316015 ↗
62. Perdew · Phys Rev B · 1992 · 45 · 1324410.1103/PhysRevB.45.13244 ↗
63. Stampfl · Phys Rev B · 1999 · 59 · 552110.1103/PhysRevB.59.5521 ↗
64. Yeo · J Appl Phys · 1998 · 83 · 142910.1063/1.366847 ↗
65. Liou · Opt Commun · 2005 · 249 · 21710.1016/j.optcom.2005.01.013 ↗
66. Vogel · Phys Rev B · 1997 · 55 · 1283610.1103/PhysRevB.55.12836 ↗
67. Leszczynski · Appl Phys Lett · 1996 · 69 · 7310.1063/1.118123 ↗
68. Perlin · Jpn J Appl Phys Part 1 · 1993 · 32 · 33410.1143/JJAP.32.334 ↗
69. Hunt · Physica B · 1993 · 185 · 41510.1016/0921-4526(93)90271-7 ↗
70. Paszkowicz · Philos Mag A · 1999 · 79 · 114510.1080/01418619908210352 ↗
71. Butcher · Superlatt Microstruct · 2005 · 38 · 110.1016/j.spmi.2005.03.004 ↗
72. Piper · Phys Rev B · 2005 · 72 · 24531910.1103/PhysRevB.72.245319 ↗
73. Seidl · Phys Rev B · 1996 · 53 · 376410.1103/PhysRevB.53.3764 ↗
74. Pugh · Semicond Sci Technol · 1999 · 14 · 2310.1088/0268-1242/14/1/003 ↗
75. Oliver · J Phys D: Appl Phys · 2010 · 43 · 35400310.1088/0022-3727/43/35/354003 ↗
76. Van de Walle · Phys Status Solidi (a) · 2010 · 207 · 102410.1002/pssa.200983122 ↗
77. Oila · Appl Phys Lett · 2004 · 84 · 148610.1063/1.1651327 ↗
78. Pelli · Appl Phys Lett · 2006 · 89 · 01191110.1063/1.2219335 ↗
79. Butcher · J Appl Phys · 2007 · 101 · 12370210.1063/1.2736654 ↗
80. Wei · Phys Rev B · 1999 · 60 · 540410.1103/PhysRevB.60.5404 ↗
81. Li · Phys Rev B · 2006 · 73 · 24520610.1103/PhysRevB.73.245206 ↗
82. Lee · Phys Rev B · 2006 · 73 · 15330910.1103/PhysRevB.73.153309 ↗
83. Feng · Thin Solid Films · 2008 · 517 · 90910.1016/j.tsf.2008.09.032 ↗
84. Graham · Appl Phys Lett · 2006 · 89 · 21190110.1063/1.2392820 ↗