AlGaN 기반 심자외선 발광 다이오드용 p-AlGaN/n-AlGaN/p-AlGaN 전류 확산 층에 대해

결과 및 토론

DUV LED의 전류 확산에 있어 PNP-AlGaN 접합의 효과 증명

DUV LED에 대한 전류 확산에 있어서 PNP-AlGaN 구조의 효과를 보여주기 위해, PNP-AlGaN 구조가 없는 기준 DUV LED(즉, LED A)와 PNP-AlGaN 구조를 갖는 DUV LED(즉, LED B)는 다음과 같다. 공부했다. DUV LED에 대한 아키텍처 정보는 LED B에 대한 PNP-AlGaN 구성을 제외하고 연구 방법 및 물리 모델 섹션에 제공되었습니다. LED B에는 두 개의 PNP-AlGaN 루프, 즉 PNPNP-AlGaN 구조가 있습니다. 각 PNP-AlGaN 접합은 p-Al_0.40으로 구성됩니다. Ga_0.60 N/n-Al_0.40 Ga_0.60 N/p-Al_0.40 Ga_0.60 N 구조, 20nm 두께의 n-Al_0.40에서 Si 도핑 농도 Ga_0.60 N 삽입층은 5.3 × 10 ¹⁷ 입니다. cm ⁻³ . 170A/cm ² 전류 밀도에서 LED B의 에너지 밴드 다이어그램을 계산하고 표시합니다. 그림 3a에서 LED A(여기에는 에너지 밴드가 표시되지 않음)와 비교할 때 구멍이 MQW에 주입되기 전에 두 개의 장벽이 발생한다는 것을 알 수 있습니다. 여기서 가전자대의 장벽은 전류를 효과적으로 확산시키고 구멍을 측면으로 더 잘 균질화할 수 있습니다. 우리의 요점을 더 다루기 위해 그리고 데모의 목적을 위해, 우리는 그림 3b에서 p-EBL[즉, 마지막 양자 우물(LQW)]에 가장 가까운 양자 우물의 측면 정공 농도 프로파일을 보여줍니다. LED B의 구멍 분포는 실제로 LQW에서 더 균일한 프로파일을 보여줍니다. 그림 2b의 관찰은 그림 3a의 에너지 밴드 다이어그램 및 이전 분석과 잘 일치하므로 PNP-AlGaN 구조가 전류 확산 효과를 개선하는 데 유용한 것으로 판명되었습니다.

아 170A/cm ² 전류 밀도에서 LED B의 에너지 밴드 다이어그램 . 이 _ㄷ , E _v , E _fe , 및 E _fh 전자와 정공에 대한 전도대, 가전자대, 준 페르미 준위를 각각 나타냅니다. b 170A/cm ² 전류 밀도에서 LED A 및 B에 대한 마지막 양자 우물의 측면 구멍 분포 , 각각

다음으로 그림 4a, b에서 각각 LED A와 B에 대한 MQW 영역에서 정공 농도와 복사 재결합 속도에 대한 프로파일을 보여줍니다. 전류 퍼짐 효과를 모니터링하기 위해 그림 4a, b의 데이터는 왼쪽 메사 가장자리에서 230μm 떨어진 위치에서 수집됩니다. LED B에 대한 개선된 전류 퍼짐은 또한 MQW로의 촉진된 정공 주입을 가능하게 하는 것으로 밝혀졌다. MQW의 정공 농도 개선은 그림 4b에 따라 LED B에 대한 향상된 복사 재결합율을 생성합니다.

아 구멍 농도 프로필 및 b 170A/cm ² 전류 밀도에서 LED A 및 B에 대한 MQW 영역의 복사 재결합 비율 , 각각

그런 다음 그림 5a는 LED A 및 B에 대한 주입 전류 밀도 수준의 관점에서 EQE 및 광 전력 밀도를 보여줍니다. LED A 및 B에 대한 EQE 수준은 각각 3.38% 및 4.13%로 170A/cm ² 의 전류 밀도 . 이러한 관찰된 개선은 더 나은 전류 확산 효과와 LED B에 대한 MQW 영역으로의 향상된 정공 주입에 기인합니다. 이전에 언급했듯이 PNP-AlGaN 구조의 채택은 가전자대에서 에너지 장벽으로 이어질 수 있습니다. 순방향 전압에 영향을 줄 수 있습니다. LED B의 순방향 전압이 약간 증가했음을 보여주는 그림 5b를 참조하면 추측이 입증됩니다. LED B의 순방향 전압이 더 높음에도 불구하고 LED의 벽면 플러그 효율은 그림 5c에 따라 LED A의 효율보다 여전히 큽니다. , 170A/cm ² 의 전류 밀도 수준에서 LED A 및 B에 대한 수치는 3.56% 및 4.27%입니다. , 각각. 그림 5a, c를 더 비교하면 WPE가 LED B에 대해 더 두드러진 드룹을 가지고 있음을 알 수 있으며 이는 PNP-AlGaN 접합에서 추가 전압 강하에 기인합니다. 따라서 다양한 PNP-AlGaN 설계에 대한 EQE, 순방향 전압 및 WPE의 감도를 나타내는 보다 포괄적인 연구를 수행하는 것이 본질적으로 중요합니다.

아 주입 전류의 함수로서의 광 출력 전력 밀도 및 EQE, b 전류-전압 특성, c LED A 및 B 각각에 대한 주입 전류 측면에서 WPE

n-AlGaN 층의 두께가 장치 성능에 미치는 영향

식에 따르면 (1) N·ρ의 값을 증가시켜 향상된 수평 전류 흐름을 얻을 수 있다는 결론을 내릴 수 있습니다. _PNP . PNP-AlGaN 접합의 장벽 높이는 n-Al_0.40일 때 증가합니다. Ga_0.60 N 층이 두꺼워지므로 ρ _PNP 얻을 수 있으며, 이는 향상된 전류 퍼짐 효과에 유리합니다. 그러나 일단 n-Al_0.40 Ga_0.60 N 층이 너무 두껍고 p-Al_0.40에 더 많은 구멍이 있습니다. Ga_0.60 N 층이 고갈되어 전기 전도성이 희생될 수 있습니다. 따라서 n-Al_0.40의 두께 사이의 관계를 더 잘 설명하기 위해 Ga_0.60 DUV LED에 대한 N층 및 성능, n-Al_0.40의 영향 조사 필요 Ga_0.60 전류 확산, 정공 주입, EQE, 순방향 전압 및 WPE에서 PNP-AlGaN 접합에 대한 N 층 두께. 이를 위해 n-Al_0.40 값을 변경합니다. Ga_0.60 N층 두께는 6, 13, 20, 27, 34nm이며, 소자를 각각 LED T1, T2, T3, T4, T5라고 합니다. 표 1에는 각 PNP-AlGaN 접합의 가전자대 장벽 높이가 요약되어 있으며, 이는 n-Al_0.40에 따라 장벽 높이가 증가함을 보여줍니다. Ga_0.60 N 층 두께가 증가하여 n-Al_0.40 Ga_0.60 N 층 두께는 큰 N·ρ 가능 _PNP , 따라서 수평 전류 J 증가 ₂ . 그런 다음 그림 6a는 PNP-AlGaN 구조화된 전류 확산 층이 없는 LED A와 다양한 n-Al_0.40이 있는 LED에 대한 마지막 양자 우물의 측면 정공 농도 프로파일을 보여줍니다. Ga_0.60 170A/cm ² 의 전류 밀도에서 N 층 두께 . n-Al_0.40의 두께만큼 홀이 마지막 양자우물에서 더 고르게 분포되어 있음을 분명히 알 수 있다. Ga_0.60 N 삽입층이 증가합니다.

아 마지막 양자 우물의 측면 구멍 분포, b 구멍 농도 프로필 및 c 170A/cm ² 전류 밀도에서 LED A, T1, T2, T3, T4, T5에 대한 MQW 영역의 복사 재결합 속도 프로필 . 패널 b에 대해 그려진 곡선 및 c 더 나은 해상도를 위해 의도적으로 2nm 이동

그런 다음 170A/cm ² 전류 밀도에서 연구된 모든 기기에 대한 MQW 영역의 정공 농도 프로필과 복사 재결합 속도 프로필을 보여줍니다. 그림 6b, c에서 각각. 구멍 농도 및 복사율 프로파일은 왼쪽 메사 가장자리에서 230μm 떨어진 위치에서 수집됩니다. 더 나은 시각적 해상도를 위해 그림 6b, c에서 LED A, T1, T2, T3, T4 및 T5에 대한 정공 농도 및 복사 재결합 속도 프로파일이 각각 공간적으로 2nm 이동되었습니다. LED A가 가장 낮은 정공 농도를 가지며 따라서 MQW 영역에서 가장 낮은 복사 재결합 속도를 갖는다는 것이 명확하게 표시됩니다. n-Al_0.40의 두께가 증가함에 따라 MQW 영역의 홀 농도와 복사 재결합율이 증가합니다. Ga_0.60 N 레이어.

그림 6c에 표시된 관찰 결과는 EQE 및 그림 7a에 표시된 광 출력 밀도와 잘 일치하여 n-Al_0.40의 두께가 증가하도록 합니다. Ga_0.60 PNP-AlGaN 접합의 N층은 EQE와 광출력 밀도를 향상시킬 수 있습니다. 그러나 각 PNP-AlGaN 접합의 정공에 대한 가전자대 장벽 높이는 n-Al_0.40이 되면 커집니다. Ga_0.60 N 층은 표 1에 따라 두꺼워지며, 이에 따라 그림 7b와 같이 제안된 DUV LED의 순방향 전압이 증가합니다. 따라서 n-Al_0.40의 영향 Ga_0.60 LED 성능에 대한 PNP-AlGaN 전류 확산에 대한 N 층 두께는 WPE와 주입 전류 밀도 사이의 관계를 입증하여 평가해야 합니다(그림 8 참조). n-Al_0.40이 증가함에 따라 WPE가 단조롭게 증가하지 않는 것을 볼 수 있습니다. Ga_0.60 N 층 두께. n-Al_0.40 측면에서 EQE 및 WPE Ga_0.60 N 층 두께는 그림 8의 삽입에 나와 있습니다. 이 작업에서 제안된 장치 아키텍처의 경우 WPE는 n-Al_0.40일 때 가장 높은 값에 도달합니다. Ga_0.60 N 삽입층의 두께는 20nm이며 n-Al_0.40에 따라 감소합니다. Ga_0.60 N 삽입층이 두꺼워집니다. 우리는 이 현상을 n-Al_0.40 Ga_0.60 N층의 두께가 두꺼워지면 더 많은 전력을 소모하게 됩니다. 따라서 PNP-AlGaN 접합을 위한 n-AlGaN 삽입층 두께는 신중하게 최적화되어야 합니다. 이 섹션에서는 AlN 구성을 40%, 즉 n-Al_0.40으로 설정합니다. Ga_0.60 N은 시연을 목적으로 하고, 우리는 AlN 조성을 증가시키면 n-AlGaN 삽입층에 대한 최적화된 두께가 더 작아질 것이라고 믿습니다.

아 광 출력 전력 밀도, b LED A, T1, T2, T3, T4, T5의 전류-전압 특성. 삽입된 그림은 확대된 전류-전압 곡선을 보여줍니다.

LED A, T1, T2, T3, T4 및 T5에 대한 주입 전류의 함수로서의 WPE. 삽입 그림은 다양한 두께의 n-Al_0.40을 사용하여 연구된 LED에 대한 WPE 및 EQE를 보여줍니다. Ga_0.60 170A/cm ² 전류 밀도에서 PNP-AlGaN 접합을 위한 N 레이어

n-AlGaN 층의 도핑 농도가 장치 성능에 미치는 영향

n-AlGaN 층 두께 외에도 n-AlGaN 층의 도핑 농도는 정공의 가전자대 장벽 높이를 수정하여 N·ρ에 영향을 줄 수 있습니다. _PNP . n-AlGaN 층의 도핑 농도가 전류 확산 효과와 PNP-AlGaN 접합이 있는 DUV LED의 광학 성능에 미치는 영향을 보다 정확하게 연구하기 위해 도핑 농도를 1.3 × 10 ^{17로 설정했습니다. 저녁> , 5.3 × 10 17 , 9.3 × 10 17 , 1.33 × 10 18 및 1.73 × 10 18 cm −3 LED D1, D2, D3, D4 및 D5에 대한 n-AlGaN 층의 각각. n-AlGaN 층의 두께는 20nm로 설정되었으며 두 개의 PNP-AlGaN 접합이 채택되었습니다. AlN 조성은 40%, 즉 n-Al_0.40 Ga_0.60 아니오.}

표 2는 n-Al_0.40에 대한 Si 도핑 농도일 때 정공의 가전자대 장벽 높이가 증가함을 보여줍니다. Ga_0.60 PNP-AlGaN 접합의 N층이 높아진다. 증가된 가전자대 장벽 높이는 큰 N·ρ을 나타냅니다. _PNP , 동시에 J의 높은 수평 전류를 생성합니다. ₂ . 식에 따르면 (1), 증가된 전류 퍼짐은 보다 균일한 측면 정공 농도 프로파일을 수반하므로 그림 9a에서 마지막 양자 우물의 측면 정공 분포가 PNP-AlGaN 접합은 LED A와 비교할 때 DUV LED에 대해 도핑됩니다. 또한 n-Al_0.40에 대한 Si 도핑 농도가 되면 측면 홀이 더 고르게 분포됩니다. Ga_0.60 PNP-AlGaN 접합의 N층이 증가합니다.

아 마지막 양자 우물의 측면 구멍 분포, b 구멍 농도 프로필 및 c 170A/cm ² 전류 밀도에서 MQW 영역 또는 LED A, D1, D2, D3, D4, D5의 복사 재결합 속도 프로필 . 패널 b에 대해 그려진 곡선 및 c 더 나은 해상도를 위해 의도적으로 2nm 이동

그런 다음 170A/cm ² 전류 밀도에서 연구된 모든 기기에 대한 MQW 영역의 정공 농도 프로필과 복사 재결합 속도 프로필을 보여줍니다. 그림 9b, c에서 각각 왼쪽 메사 가장자리에서 230μm 떨어진 위치에 수집되었습니다. LED A가 MQW 영역에서 가장 낮은 정공 농도와 가장 열악한 복사 재결합율을 가지고 있음을 분명히 보여줍니다. n-Al_0.40의 도핑 농도가 증가함에 따라 MQW 영역의 정공 농도 및 복사 재결합 속도가 증가합니다. Ga_0.60 PNP-AlGaN 접합이 있는 LED용 N층. LED D1, D2, D2, D3, D4 및 D5에 대한 MQW의 향상된 정공 농도 수준은 PNP-AlGaN 접합 덕분에 더 나은 전류 확산 효과에 기인합니다.

그런 다음 그림 10a에서 조사된 장치에 대한 주입 전류 밀도 측면에서 EQE와 광 출력 밀도를 추가로 계산하고 제시합니다. 관찰된 EQE는 그림 9b, c의 결과와 일치하므로 PNP-AlGaN 접합이 사용되면 EQE가 향상될 수 있습니다. 그 이상으로 n-Al_0.40에서 Si 도핑 농도로 Ga_0.60 PNP-AlGaN 접합을 위한 N층이 증가하고, 더 나은 전류 퍼짐 덕분에 EQE가 더욱 촉진될 수 있습니다. 그림 10b는 조사된 기기의 순방향 작동 전압을 비교합니다. n-Al_0.40에서 도핑 농도가 증가함에 따라 순방향 작동 전압이 증가함을 보여줍니다. Ga_0.60 N층. Si 도핑 농도는 1.33 × 10 ¹⁸ 이므로 주의하십시오. 및 1.73 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ , 턴온 전압은 상당한 증가를 보여 PNP-AlGaN 내장 접합이 n-Al_0.40에 Si 도핑될 때 기생 다이오드로 동작함을 나타냅니다. Ga_0.60 N 층은 매우 높은 수준으로 증가합니다. PNP-AlGaN 접합이 서로 다른 DUV LED의 성능을 보다 정확하게 평가하기 위해 그림 11은 LED A, D1, D2, D3, D4, D5에 대한 주입 전류 밀도의 함수로 WPE를 보여줍니다. 분명히 우리는 WPE가 LED D5에서 가장 낮음을 알 수 있습니다. 이는 가장 큰 순방향 전압 소비 때문입니다. 그림 11의 삽입은 또한 WPE가 n-Al_0.40의 Si 도핑 농도에 더 민감함을 나타냅니다. Ga_0.60 EQE보다 N 레이어. n-Al_0.40의 높은 Si 도핑 농도가 Ga_0.60 N 층은 실제로 전류 확산 층을 개선하고 광자 생성 속도를 증가시킬 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 PNP-AlGaN 접합에서 추가 순방향 전압 강하는 더 많은 전력을 소비하므로 WPE가 제한됩니다. 이 섹션의 결과는 또한 n-Al_{x의 Si 도핑 농도가} Ga_1-x AlN 조성 및/또는 n-Alx의 두께를 증가시키면 N 층은 적절하게 감소되어야 합니다. Ga_1-x PNP-AlGaN 접합을 위한 N 층, 그렇게 함으로써 개선된 EQE와 괜찮은 WPE를 모두 얻을 수 있기 때문입니다.

아 주입 전류의 함수로서의 광 출력 전력 밀도 및 EQE, b LED A, D1, D2, D3, D4, D5의 전류-전압 특성. 삽입된 그림은 확대된 전류-전압 곡선을 보여줍니다.

LED A, D1, D2, D3, D4 및 D5에 대한 주입 전류의 함수로서의 WPE. 삽입 그림은 n-Al_0.40의 다양한 도핑 농도로 연구된 LED에 대한 WPE 및 EQE를 보여줍니다. Ga_0.60 170A/cm ² 전류 밀도의 N 레이어

장치 성능에 대한 PNP-AlGaN 접합 번호의 영향

이 섹션에서는 PNP-AlGaN 접합 수가 DUV LED의 전기적 및 광학적 성능에 미치는 영향을 연구합니다. 시연을 위해 n-AlGaN 층의 도핑 농도와 두께를 5.3 × 10 ¹⁷ 로 고정합니다. cm ⁻³ 및 각각 20nm입니다. AlN 조성은 n-Al_0.40과 같이 0.40으로 선택됩니다. Ga_0.60 N. 우리는 PNP-AlGaN 접합에 대해 서로 다른 루프를 채택합니다. 즉, 루프 번호는 LED N1, N2, N3 및 N4에 대해 각각 1, 2, 3 및 4로 설정됩니다. 먼저 각 PNP-AlGaN 접합에 대한 가전자대 장벽 높이를 계산하여 표 3에 제시합니다. PNP-AlGaN 접합 수가 증가하면 전체 N·ρ _PNP 높은. 그런 다음 170A/cm ² 전류 밀도에서 LED A, N1, N2, N3, N4의 마지막 양자 우물 구멍의 측면 분포를 계산하고 시연합니다. (그림 12a 참조). 더 많은 PNP-AlGaN 접합이 통합될수록 마지막 양자 우물의 정공 분포가 더 균일해짐을 보여줍니다. 그림 12a의 결과는 Eq. (1).

아 마지막 양자 우물의 측면 구멍 분포, b 구멍 농도 프로필 및 c 170A/cm ² 전류 밀도에서 LED A, N1, N2, N3, N4에 대한 MQW 영역의 복사 재결합 속도 프로필 . 패널 b에 대해 그려진 곡선 및 c 더 나은 해상도를 위해 의도적으로 2nm 이동

Then, we show the hole concentration and radiative recombination rate profiles in the MQW region for LEDs A, N1, N2, N3, and N4 at the current density of 170 A/cm ² in Fig. 12b, c, respectively. The hole and radiative recombination rate profiles are probed at the position of 230 μm apart from the left mesa edge. It is indicated that the hole concentration and radiative recombination rate increase if the number of the PNP-AlGaN junction is more. It is worth mentioning here that we do not increase the value of N beyond 4, since when the N is further increased, the thickness of the remaining p-Al_0.40 Ga_0.60 N layer becomes so thin that the holes may be depleted by the ionized Si dopants and the hole supply can be insufficient.

Thanks to the improved current spreading effect, the enhanced hole concentration in the MQW region, LEDs N1, N2, N3, and N4 consequently promote the EQE and optical power density when compared with LED A (see Fig. 13a). Figure 13b demonstrates that the forward operating voltage for the suggested DUV LEDs also increases if more PNP-AlGaN junctions are incorporated. Fortunately, the increase of the forward voltage for LEDs N1, N2, N3, and N4 does not reduce the WPE according to Fig. 14. Further investigations into the inset of Fig. 14 can illustrate that both the EQE and WPE tend to approach a saturation level as the number of the PNP-AlGaN junction increases. Therefore, we believe that, as has also been pointed out previously, further increase of the number for the PNP-AlGaN junction may deplete the holes and correspondingly degrade the hole supply capability, hence making little contribution in enhancing the EQE and the WPE for the proposed device architectures in this work.

아 Optical output power density and EQE as a function of the injection current, b current-voltage characteristic for LEDs A, N1, N2, N3, and N4. Inset figure shows the zoom-in current-voltage curves

WPE as a function of the injection current for LEDs A, N1, N2, N3, and N4. Inset figure shows the WPE and EQE for LEDs with various number of PNP-AlGaN junction at the current density of 170 A/cm ²

Impact of the AlN Composition for n-AlGaN Layer on the Device Performance

Lastly, we modify the ρ _PNP by varying the AlN composition of the n-AlGaN layer for the PNP-AlGaN junction. The values for the AlN composition of the n-AlGaN layer are set to 0.40, 0.43, 0.46, 0.49, and 0.51 for LEDs C1, C2, C3, C4, and C5, respectively. The thickness and the Si doping concentration of the n-AlGaN layer are set to 20 nm and 5.3 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ , 각각. We adopt two PNP-AlGaN junctions for LEDs C1, C2, C3, C4, and C5. The AlN composition for the rest p-AlGaN layers is fixed to 0.40. Table 4 demonstrates the valence band barrier height for the PNP-AlGaN junction with different AlN compositions in the n-AlGaN insertion layer. It is easily understandable that the increased AlN composition in the n-AlGaN layer gives rise to the larger valence band barrier height for holes. Figure 15a exhibits the lateral distributions for holes in the last quantum well for LEDs A, C1, C2, C3, C4, and C5 at the current density of 170 A/cm ² . The current spreading effect is significantly improved as the AlN composition of the n-AlGaN layer increased up to 0.43. It seems that the holes cannot be further soundly spreaded when the AlN composition of the n-AlGaN layer exceeds 0.43 for our structures, because a too much high AlN composition in the n-AlGaN may block the hole injection.

아 Lateral hole distribution in the last quantum well, b hole concentration profiles, and c radiative recombination rate profiles in the MQW region for LEDs A, C1, C2, C3, C4, and C5 at the current density of 170 A/cm ² . The plotted curves for panels b 및 c are purposely shifted by 2 nm for better resolution

The hole concentration and radiative recombination rate profiles in the MQW region for LEDs A, C1, C2, C3, C4, and C5 at the current density of 170 A/cm ² are presented in Fig. 15b, c, respectively. The data are also collected at the position of 230 μm apart from the left mesa edge. The conclusions here are similar to that for Fig. 6b, Fig. 9b and Fig. 12b, i.e., the adoption of the PNP-AlGaN current spreading layer increases the hole injection, and the hole concentration in the MQW region becomes even more improved once the AlN composition in the n-AlGaN layer increases. We then further calculate and present the EQE and the optical power density in terms of the injection current for the investigated devices in Fig. 16a. Clearly, we can see that the EQE can be improved once the PNP-AlGaN junction is employed. In addition, as the AlN composition in the n-AlGaN layer for the PNP-AlGaN junction increases, the EQE can be further promoted, thanks to the better current spreading, which homogenizes the hole concentration in each quantum well plane as has been shown previously.

아 Optical output power density and EQE as a function of the injection current and b current-voltage characteristics for LEDs A, C1, C2, C3, C4, and C5

Figure 16b investigates the current-voltage characteristics for LEDs A, C1, C2, C3, C4, and C5. The device exhibits a slight increase in the forward operating voltage for LED C1 with the PNP-Al_0.40 Ga_0.60 N junction when compared to the LED A. Meanwhile, the device consumes more forward voltage for LEDs C4 and C5. The observation here is consistent with that in Fig. 7b, Fig. 10b and Fig. 13b, such that the adoption of the PNP-AlGaN junction causes the additional valence band barrier height for holes, which, as a result, increases the forward voltage and even the turn-on voltage (e.g., LEDs C4 and C5). However, it is worth mentioning that the forward operating voltage for LEDs C2 and C3 decreases when compared to LED A. The underlying mechanism is not clear at this moment. However, we tentatively attribute the reduced forward voltage for LEDs C2 and C3 to the hole acceleration effect [35].

Figure 17 shows the relationship between the WPE and the injection current density for the tested LEDs. We can get that the WPE can be enhanced for all the proposed LEDs especially when the injection current density is beyond 89 A/cm ² . Insightful study into LED C5 shows that the WPE for LED C5 is lower than that for LED A when the current density is smaller than 89 A/cm ² . Nevertheless, the WPE for LED C5 overwhelms that for LED A when the injection current density become higher (i.e.,> 89 A/cm ² ). As is well known, the current easily gets crowded when the LED device is biased at a high current level. The WPE for LED C5 reflects that the PNP-Al_0.51 Ga_0.49 N junction is indeed effective in improving the current spreading effect. However, considering the additional voltage consumption in the PNP-AlGaN junction, one shall be very careful when setting the AlN composition for the n-AlGaN layer so that the WPE can be maximized according to the inset in Fig. 17.

WPE as a function of the injection current for LEDs A, C1, C2, C3, C4, and C5. Inset figure shows the WPE and the EQE for the studied LEDs with various AlN compositions for the n-AlGaN layer at the current density of 170 A/cm ²