Светоизлучающие приборы на основе квантовых точек InGaN: технология эпитаксиального выращивания и исследование свойств

• Автор: Сизов, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 151 с. : ил.

I. Литературный обзор
1. Потребности рынка в светоизлучающих приборах видимого диапазона. Основные применения, дисплеи, освещение, оптическая запись информации
2. Исторические способы получения СИ структур видимого диапазона. Широкозонные соединения И-VI, светодиоды на основе органических соединений, первые работы по исследованию нитридов третьей группы
3. Получение эффективных инжекционных светоизлучающих приборов на основе нитридов третьей группы и реализация высокой эффективности излучательной рекомбинации при высокой концентрации прорастающих дислокаций. Роль локализации нервавновесных носителей заряда
4. Основные свойства нитридов элементов третьей группы
5. Исследования оптических свойств нитридов третьей группы и определение физической природы центров локализации
6. Целенаправленное получение и исследование свойств 1пваЫ КТ
7. Получение и применение квантовых точек 1п(Оа)АБ
II. Описание эксперимента
8. Описание технологии эпитаксиального выращивания светоизлучающих приборов
на основе 1Ш
9. Описание методик характеризации
III. Получение квантовых точек ЬЮаМ
10. Выращивание, характеризация и общие свойства квантовых точек ЫЗаИ
11. Техника дефектоубирания в квантовых тчках
12. Применение дефектоубирания в системе точек ІпЦаЦ
13. Влияние давления в реакторе на формирование квантовых точек ІпОаЦ
14. Применение стимулированного фазового распада для усиления локализации в квантовых точках ІпЦаЦ
IV. Исследование квантовых точек 1пОаЫ и светоизлучающих приборов на их основе
15. Описание статистической модели электронно - оптических свойств массивов квантовых точек ІпОаІМ
16. Верификация модели в системе квантовых точек ІпОаАБ/ОаАз
17. Исследование электронно — оптических свойств структур с различной энергией активации
18. Исследование кинетики выброса носителей из КТ
19. Температурные и мощностные зависимости ФЛ МЗаІЧ КТ
20. Особенности инжекции в структурах с ІпОаМДЗаІчІ квантовыми точками
21. Подавление безызлучательных потерь, ответственных за квантовую эффективность
22. Повышение температурной стабильности квантовой эффективности в светодиодах с глубокими квантовыми точками МЗаЦ
23. Неоднородная инжекция на излучательные уровни
V. Влияние КТ на характеристики лазерных структур.
24. Дизайн и выращивание лазерных структур на основе нитридов третьей группы
25. Выжигание спектральных дыр в лазерных структурах с глубокими квантовыми точками МгаИ
Заключение
В последние годы все большее распространение в прикладной оптоэлектронике получают квантовые точки. Наиболее привлекательным является получение квантовых точек с помощью процессов самоорганизации. Преимущество использования квантовых точек заключается в их фундаментальных свойствах - полной локализации носителей тока и наличии дискретного спектра электронных состояний. Механизмы самоорганизации позволяют сравнительно легко формировать массивы квантовых точек с желаемыми свойствами.
Использование квантовых точек в полупроводниковых системах открывает возможности для создания принципиально новых полупроводниковые приборов, а также улучшения характеристик уже имеющихся типов приборов. Возможность интегрирования новых приборов с хорошо налаженной полупроводниковой технологической базой делает эти задачи весьма перспективными для развития полупроводниковой электроники. В связи с этим, большое число исследователей увлечено изучением процессов формирования КТ в различных полупроводниковых системах. Внимание исследователей также привлекает изучение особых свойств квантовых точек как теоретически, так и экспериментально. Благодаря прогрессу в технологии полупроводниковых квантовых точек, на сегодняшний день реализованы приборы на основе квантовых точек для разнообразных применений. Спектр этих приборов включает в себя лазеры для телекоммуникаций, записи и считывания информации, приборы для освещения и подсветки, источники одиночных фотонов и другие приборы.
Огромные потребности рынка светоизлучающих приборов видимого диапазона стимулируют работы по созданию и усовершенствованию высокоэффективных полупроводниковых источников света. К ним относятся, прежде всего, лазеры и светоизлучающие диоды. Для создания лазеров и светодиодов видимого диапазона весьма перспективной является полупроводниковая система нитридов элементов третьей группы. Это связано с тем, что ширина запрещенной зоны этих соединений и их твердых растворов может варьироваться в диапазоне, соответствующем энергиям фотонов в диапазоне от ультрафиолетового до инфракрасного. Другим привлекательным качеством нитридов элементов третьей группы являются их термическая и химическая стойкость. Однако, благодаря ряду технологических проблем, получение приборов на основе нитридов элементов третьей группы стало возможным лишь в течение последнего десятилетия. Несмотря на стремительный прогресс в развитии этого направления полупроводниковой технологии наблюдаемый в последние годы, многие физические
свойства структур по-прежнему остаются не достаточно хорошо изученными. Этот факт несколько задерживает дальнейшее развитие технологии, поскольку затрудняет нахождение оптимальных технологических параметров. Не достаточно хорошо изучены как механизмы роста, так и свойства структур. В связи с этим, по-прежнему актуально исследование технологии эпитаксиального выращивания, и разработка методов характеризации и исследования структурных и электронно оптических свойств приборов и структур.
В связи с особенностями эпитаксиального роста нитридов элементов третьей группы, использование самоорганизующихся квантовых точек в активной области светоизлучающих приборов на основе соединений Ш/И играет крайне важную роль. В этих приборах требуется ограничение носителей, что достигается при помощи квантовых точек. На сегодняшний день реализованы мощные синие светодиоды и лазеры видимого диапазона с квантовыми точками в активной области. Приборы демонстрируют хорошую деградационную устойчивость. Также получены зеленые светодиоды. Меньшие результаты получены при создании ультрафиолетовых приборов, а также в получении зеленых полупроводниковых лазеров.
По-прежнему важной проблемой остается повышение эффективности и времени жизни светодиодов и лазеров на основе Ш/И во всем оптическом диапазоне. С этой целью ведутся работы по улучшению кристаллического совершенства структур. Оптимизация важнейших параметров квантовых точек, таких как концентрация и энергия активации с основного состояния в область непрерывного спектра также играет существенную роль. Разработка технологии и исследование квантовых точек в системе Ш/Л мотивирована и возможностью создания новых приборов. К примеру, совсем недавно показана возможность создания источников одиночных фотонов на основе квантовых точек ваК С 1995 года в ФТИ им. Иоффе проводился цикл работ по разработке технологии эпитаксиального роста нитридов элементов третьей группы, а также исследованию свойств гетероструктур на их основе. Эти работы были в частности посвящены изучению квантовых точек 1пОаИ и приборов на их основе.
Основная цель данной работы - разработка новых методов получения квантовых точек 1пОаИ с высоким совершенством кристаллической структуры и управляемыми параметрами локализации носителей, разработка методов исследования свойств таких структур и оптимизация технологии получения светодиодов с КТ 1пСаИ в активной области с использованием этих методов исследования.
Энергия фотона, эВ
Энергия фотона, эВ
Рис. 3.5 Спектры микро ФЛ структур с КТ в различных точках с разрешением 2 микрона а) без неоднородностей порядка 1 микрона, б) С неоднородностями масштаба порядка 1 микрона на фоне более мелких неоднородностей.