Механизмы излучательной рекомбинации в гетероструктурах InGaN/AlGaN/GaN с множественными квантовыми ямами

• Автор: Кудряшов, Владимир Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 112 с. : ил

Содержание.

1. Введение
1.1. Актуальность темы.
1.2. Основные цели работы.
1.3. Научная новизна.
1.4. Основные положения, выносимые на защиту.
1.5. Научная и практическая ценность.
1.6. Достоверность результатов
1.7. Апробация работы.
1.8. Публикации.
1.9. Структура и объем диссертации.
2. Литературный обзор.
2.1. GaN и близкие к нему соединения.
2.1.1. Фундаментальные свойства ОаЫ.
2.1.2. Свойства тройных соединений нитридов.
2.2. Технологии роста структур на основе ОаІМ.
2.3. Гетероструктуры АЮаЫЛпОаМАЗаЫ с квантовыми ямами.
2.3.1. Макроскопическая поляризация и разрывы зон на гетерограницах.
2.4. Механизмы излучательной рекомбинации в гетероструктурах на основе 24 ОаЛ.
2.4.1. Эффект Штарка в структурах с квантовыми ямами и 24 локализованные экситоны.
2.4.2. Рекомбинация в хвостах плотности состояний.
3. Модель двумерной комбинированной плотности состояний.
3.1. Эффективная ширина запрещенной зоны.
3.1.1. Энергетическая диаграмма активной области гетероструктуры с 28 квантовыми ямами ІпОаМ
3.1.2. Уровни размерного квантования в одиночной квантовой яме ІпЄаМ.
3.1.3. Ширина минизон в сверхрешетках 1пСаКЮаЫ.
3.2. Флуктуации потенциала и хвосты плотности состояний.
3.3. Описание спектра люминесценции моделью комбинированной 37 двумерной плотности состояний.

4. Методика эксперимента.
4.1. Экспериментальная установка.
4.2. Исследуемые образцы.
4.3. Экспериментальные методики, результаты которых использовались в 52 работе.
5. Экспериментальные результаты.
5.1. Синие и зеленые светодиоды на основе гетероструктур с МКЯ.
5.1.1. Спектры электролюминесценции.
5.1.2. Интерференционная структура в спектрах синих СД с МКЯ.
5.1.3. Вольт-амперпые характеристики.
5.1.4. Распределение заряженных центров.
5.1.5. Мощность излучения и КПД С Д.
5.2. Сравнительный анализ зеленых светодиодов на основе гетероструктур 65 с МКЯ.
5.2.1. Спектры электролюминесценции.
5.2.2. Интерференционная структура в спектрах зеленых СД с МКЯ.
5.2.3. Мощность излучения и КПД С Д.
5.2.4. Распределение заряженных центров.
5.2.5. Вольт-амперпые характеристики.
5.3. Температурные измерения.
6. Обсуждение результатов.
6.1. Энергетическая диаграмма гетероструктур.
6.1.1. Распределение зарядов в гетероструктуре.
6.1.2. Распределение потенциала и электрического поля в 81 гетероструктуре.
6.1.3. Энергетическая диаграмма гетероструктуры.
6.2. Описание спектров моделью двумерной комбинированной плотности 87 состояний.
7. Выводы.
8. Литература.

1. Введение
1.1. Актуальность темы.
Исследования нитрида галлия имеют давнюю историю, в которую внесли свой вклад и ученые физического факультета МГУ. Приоритетные исследования кристаллической структуры GaN были сделаны Г.С.Ждановым в 1936 г. [1.1]. В 1971 г. проф. Ж.Панков, работавший в лабораториях фирмы RCA, Princeton, продемонстрировал люминесценцию голубых светодиодов (СД) металл-изолятор-полупроводник из GaN [1.2]. После этого интенсивные исследования катодолюминесценции GaN проводились группами М.В.Чукичева и Г.В.Сапарина на кафедрах физики полупроводников и физической электроники в тесном контакте с промышленными лабораториями [1.3-1.5]. Они открыли эффект активации акцепторов при электронной бомбардировке. В конце 80-х гг. проф. И.Акасаки и Х.Амано открыли, что электронная бомбардировка может быть использована для создания большой концентрации дырок в GaN, легированном Zn или Mg. В начале 90-х годов Шуджи Накамура из исследовательской лаборатории компании Nichia Chemical Ind. разработал новый «двухпоточный» метод МОС-гидридной эпитаксии и термический метод активации акцепторов в р-GaN; он продемонстрировал сверхяркий голубой СД на основе GaN [1.2]. Следующим шагом стал рост гетероструктур на основе тройных твердых растворов InGaN/AlGaN/GaN и демонстрация в 1996 г. фиолетового инжекционного лазера, работающего в постоянном режиме при комнатной температуре [1.2].
В последнее время проблемы исследований и разработок нитрида галлия, структур и приборов на его основе стали чрезвычайно актуальными. За последние годы в разных промышленных и академических лабораториях была разработана и
0
~l-------'------1-*-1-1--1--1----1-------1------1-'
10 20 30 40 50
barrier width, A
Рис.3.4. Зависимость положения краев первой минизоны в сверхрешетке InGaN/GaN от ширины барьера GaN.
3.2. Флуктуации потенциала и хвосты плотности состояний.
Исследования структур методами катодолюминесцентной микроскопии [2.6] доказали существование значительных неоднородностей по составу в слоях растворов GaN. Макронеоднородности приводят к возникновению новых структур - сегментированной квантовой ямы, квантовым островкам и квантовым точкам. Микронеоднородности приводят к флуктуациям эффективной ширины запрещенной зоны (см. 2.4.1). К возникновению хвостов плотностей состояний вследствие флуктуаций потенциала приводят также случайные электростатические поля примесей - акцепторов и доноров [3.3].
Оценим влияние флуктуаций ширины и состава ямы на значение эффективной ширины запрещенной зоны вблизи параметров Dw = 35 А и х=0.
*« 0.20-I

■g °'

У 0,10-с

0