WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

InGaN/GaN может быть реализована благодаря мозаичРекомбинация через „хвосты“ зоны проводимости и ной или колончатой структурой, свойственной нитридам валентной зоны, привлекаемая рядом авторов для объястретьей группы в гексагональной модификации. Хорошо нения свойств люминесценции в КЯ InGaN/GaN [20,21], известно, что все излучающие приборы с высокой кванявляется своеобразным аналогом ДАР, поскольку в товой эффективностью получены на основе III-нитридов такой рекомбинации так же, как и в случае ДАР, гексагональной модификации с высокой плотностью имеют место туннельные переходы между локализовандислокаций, образующих мозаичную или колончатую ными состояниями электронов и дырок. Такие „хвосструктуру с характерными размерами доменов от товые“ состояния вблизи дна зоны проводимости и до 600 нм [35,36]. Мозаичная структура формируется в потолка валентной зоны могли бы быть обусловлены результате взаимодействия дислокаций несоответствия дефектами кристаллической структуры, флуктуациями и прорастающих дислокаций, в процессе роста при разсостава твердого раствора, а кроме того, и мозаичной растании зародышей, образовавшихся на поверхности на структурой нитридов III группы. Надо отметить, что низкотемпературной стадии эпитаксиального роста [37].

наряду с рядом общих особенностей в рекомбинации Этот процесс взаимодействия дислокаций сопровождачерез хвостовые состояния зон и ДАР существуют ется захватом примесей, таких как кислород и углерод, различия. Это прежде всего форма функции плотности имеющим, по данным SIMS, приводимым многими авлокализованных состояний. В случае хвостовых состоторами, типичную концентрацию 1018-1019 см-3 [38] яний такая функция, вид которой в общем случае не для слоев и структур, выращенных MOCVD. По данизвестен, должна быть монотонно убывающей по мере ным электронно-микроскопических исследований, часть увеличения энергии локализации, а в случае донордислокационных стенок образована вакансиями Ga, по ных и акцепторных центров плотность состояний будет оценкам, являющимися глубокими акцепторами [39], а иметь вид -функции на энергиях доноров и акцепкомплексы, содержащие кислород и углерод, могут быть торов. Это отличие в функциях плотности состояний глубокими донорами, согласно данным работ [32,40].

должно привести к различию в кинетике ФЛ в случае Таким образом, мозаичная структура может спо- ДАР и рекомбинации через хвостовые состояния зон.

собствовать формированию донорно-акцепторых пар.

Теоретические расчеты, позволяющие сопоставить два В пользу этого также свидетельствует туннельный ха- этих механизма рекомбинации, насколько нам известно, рактер токов светодиодных структур, изготовленных на отсутствуют. Качественное рассмотрение показывает, основе исследованных КЯ InGaN/GaN (рис. 4). При что рекомбинация через хвостовые состояния должна этом ВАХ наших структур, как и в работе [20], может приводить к сильной зависимости кинетики затухания по быть описана выражениями типа I = I0 exp(eV /E0) с спектру ФЛ. „Классическая“ же ДАР [27] представляет Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. Низкотемпературная время-разрешенная фотолюминесценция в квантовых ямах InGaN/GaN слоев с хорошо сформированной мозаичной структурой практически снимает влияние этих барьеров, а механизм транспорта носителей заряда такой же, как в элементарных полупроводниках. Было установлено также [43], что замороженная фотопроводимость в слабо легированных кремнием слоях при комнатной температуре не наблюдается вообще (в отличие от нелегированных слоев), а при пониженных температурах — на порядок ниже.

По-видимому, введение кремния в квантово-размерную структуру InGaN/GaN уменьшает влияние случайных электрических полей на рекомбинацию неравновесных носителей, ослабляет вклад безызлучательных каналов в рекомбинацию.

Рис. 5. 1 — спектр ФЛ для легированных кремнием КЯ, 4. Заключение 2 — спектр ФЛ для нелегированных КЯ. T = 4.2K;

Iex 102 Вт/см2, нулевая задержка. Спектры ФЛ нормированы на максимальный сигнал.

Исследована низкотемпературная время-разрешенная ФЛ в квантовых ямах In0.2Ga0.8N/GaN. Структуры были выращены методом MOCVD низкого давления на сапфире и содержали 12 квантовых ям шириной 60, собой процесс плавного перехода в „преимущественразделенных барьерами шириной 60. Наблюдаемые ной“ рекомбинации от близких пар к далеким, что и свойства ФЛ, а именно: высокоэнергетический сдвиг обусловливает степенной закон затухания.

максимума с ростом интенсивности накачки, низкоэнерФотолюминесценция нелегированных КЯ InGaN/GaN гетический сдвиг с возрастанием времени задержки, степоказывает подобное спектральное и временное пове пенной закон затухания ФЛ типа t- — позволяют отдение, что позволяет отнести эту ФЛ также к ДАР.

нести данную ФЛ к донорно-акцепторной рекомбинации Однако имеют место некоторые отличия. В частнов квантовых ямах. Такая рекомбинация, которую можно сти, спектр ФЛ при нулевой задержке для нелигироотнести к 2Д-ДАР, может происходить в плоскости КЯ ванных КЯ сдвинут в высокоэнергетическую область между центрами, локализованными в различных прона величину порядка 120 мэВ и имеет в 1.5 раза странственных точках. Возможна также рекомбинация большую спектральную ширину в сравнении со спектмежду центрами, локализованными в различных КЯ, ром ФЛ для легированных кремнием КЯ (рис. 5).

которая будет своеобразным аналогом трехмерной ДАР.

Время-разрешенные спектры, измеренные при больших Для легированных кремнием КЯ InGaN/GaN суммарная временах задержки, дают величину 250 мэВ для сумэнергия связи донорного и акцепторного центров сомарной энергии донорного и акцепторного центров.

ставляет величину 340 мэВ. В случае же нелегированЗатухание ФЛ в случае нелегированных КЯ оказывается ных КЯ эта суммарная энергия оказывается 250 мэВ.

более быстрым. Кинетики затухания также следуют Полученные экспериментальные результаты позволястепенному закону типа t-. При этом параметр ют предполагать, что мозаичная структура, типичная меняется по спектру от 3 до 6. Возможно, что эти для III-нитридов, способствует образованию донорноотличия в поведении ФЛ для легированных кремнием акцепторных пар.

и нелегированных КЯ связаны с различными типами центров, принимающих участие в рекомбинации, а также различием в степени компенсации образцов.

Список литературы К этому необходимо добавить, что наши предыдущие исследования транспорта носителей заряда на одиноч- [1] S. Nakamura, M. Senoh, S. Nagahama, N. Iwasa, S. Yamada, T. Matsushita, H. Kiyoku, Y. Sugimoto. Appl. Phys. Lett., 68, ных эпитаксиальных слоях как нелегированного, так и 3269 (1996).

слабо легированного кремнием GaN также показали зна[2] L. Akasaki, S. Sota, H. Sakai, T. Tanaka, M. Koike, H. Amano.

чительные различия [42]. Было установлено, что трансElectron. Lett., 32, 1105 (1996).

порт носителей подвержен сильному влиянию хаотично [3] S.K. Islam, F.C. Jain, G. Zhao, E. Heller. Int. J. Infrared and распределенного заряда, связанного с мозаичной струкMillimeter Waves, 19, 1633 (1998).

турой. В нелегированных эпитаксиальных слоях GaN [4] S. Nakamura, T. Mukai, M. Senoh, S. Nagahama. J. Appl.

наблюдаются низкие значения подвижности, сильное Phys., 74, 3911(1993).

рассеяние на заряженных центрах, а механизм транс[5] R. Singh. D. Doppalapudi, T.D. Moustakas. Appl. Phys. Lett., порта носителей аналогичен таковому в низкоразмерных 69, 2388 (1996).

структурах. При этом введение кремния значительно [6] W.D. Herzog, R. Singh, T.D. Moustakas, B.B. Goldberg, понижает потенциальные барьеры, а для эпитаксиальных M.S. nl. Appl. Phys. Lett., 70, 133 (1997).

Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 684 А.В. Андрианов, В.Ю. Некрасов, Н.М. Шмидт, Е.Е. Заварин, А.С. Усиков, Н.Н. Зиновьев...

[7] J. Dalfors, J.P. Bergman, P.O. Holtz, B.E. Sernelius, B. Mo- [36] X. Du, Y.Z. Wang, L.L. Cheng, G.Y. Zhang, H. Zhang. Mater.

nemar, H. Amano, A. Akasaki. Appl. Phys. Lett., 74, 3299 Sci. Eng. B-Solid, 75, 228 (2000).

(1999). [37] F.A. Ponce. MRS Bull., 22, 51 (1997).

[38] M. Razeghi, A. Saxler, P. Kung, D. Walker, X. Zhang, [8] T. Takeuchi, C. Wetzel, S. Yamaguchi, H. Sakai, H. Amano, K.S. Kim, H.R. Vydyanath, J. Solomon, M. Ahoujja, I. Akasaki. Appl. Phys. Lett., 73, 1691 (1998).

W.C. Mitchel. In: Physics of Semiconductor Devices, ed.

[9] A. Hangleiter, J.S. Im, H. Kollmer, S. Heppel, J. Off, F. Scholz.

by V. Kumar, S.K. Agarwal (New Dehli, Narosa Publishing MRS Internet J. Nitride Semicond. Res., 3, 15 (1998).

House, 1998) v. 1, p. 277.

[10] L.H. Peng, C.W. Chuang, L.H. Lou. Appl. Phys. Lett., 74, [39] C.G. Van de Walle. Phys. Rev. B, 56, R10020 (1997).

(1999).

[40] T.A. Kennedy, E.R. Glaser, J.A. Freitas, Jr, W.E. Carlos, [11] T. Wang, D. Nakagawa, J. Wang, T. Sugahara, S. Sakai. Appl.

M.A. Khan, D.K. Wickenden. J. Electron. Mater., 24, Phys. Lett., 73, 3571 (1998).

(1995).

[12] T. Wang, T. Sugahara, S. Sakai, J. Orton. Appl. Phys. Lett., 74, [41] H.C. Casey, J. Muth, S. Krishnankutty, J.M. Zavada. Appl.

1376 (1999).

Phys. Lett., 68, 2867 (1996).

[13] Y. Narukawa, Y. Kawakami, M. Funato, Shizou Fujita, [42] N.M. Shmidt, V.V. Emtsev, A.S. Kryzhanovsky, R.N. Kyutt, Shigeo Fugita, S. Nakamura. Appl. Phys. Lett., 70, 981 (1997).

W.V. Lundin, D.S. Poloskin, V.V. Ratnikov, A.V. Sakharov, [14] Y. Narukawa, Y. Kawakami, Shizou Fujita, Shigeo Fujita, A.N. Titkov, A.S. Usikov, P. Girard. Phys. St. Sol. (b), 216, S. Nakamura. Phys. Rev. B, 55, R1938 (1997).

581 (1999).

[15] X. Zhang, D.R. Rich, J.T. Kobayashi, N.P. Kobayashi, [43] N.M. Shmidt, W.V. Lundin, A.V. Sakharov, A.S. Usikov, D.P. Dapkus. Appl. Phys. Lett., 73, 1430 (1998).

E.E. Zavarin, A.V. Govorkov, A.Ya. Polyakov, N.B. Smirnov.

[16] K.P. O’Donnell, R.M. Martin, P.G. Middleton. Phys. Rev. Lett., Proc. SPIE, 4340, 92 (2000).

82, 237 (1999).

[17] А.В. Сахаров, В.В. Лундин, В.А. Семенов, А.С. Усиков, Редактор Л.В. Беляков Н.Н. Леденцов, А.Ф. Цацульников, М.В. Байдакова. Письма ЖТФ, 25 (12), 1 (1999).

Low-temperature time-resolved [18] F.D. Salla, A.D. Carlo, P. Lugli, F. Bernardi, V. Fiorentini, photoluminescence in InGaN/GaN R. Scholz. J.-M. Jancu. Appl. Phys. Lett., 74, 2002 (1999).

quantum wells [19] S. Schmidtt–Rink, D.S. Chemla, D.A.B. Miller. Adv. Phys., 38, 89 (1989).

A.V. Andrianov, V.Yu. Nekrasov, N.M. Shmidt, [20] P.G. Eliseev, P. Perlin, J. Lee, M. Osinski. Appl. Phys. Lett., E.E. Zavarin, A.S. Usikov, N.N. Zinov’ev, M.N. Tkachuk 71, 589 (1997).

[21] T. Wang, H. Saeki, J. Bai, T. Shirahama, M. Lachab, S. Sakai, Ioffe Physicotechnical Institute, P. Eliseev. Appl. Phys. Lett., 76, 1737 (2000).

Russian Academy of Sciences, [22] S.F. Chichibu, T. Sota, K. Wada, S.P. DenBaars, S. Nakamura.

194021 St. Petersburg, Russia MRS Internet J. Nitride Semicond. Res., 4S1, G2.7 (1999).

[23] C. Gourdon, P. Lavallard. Phys. St. Sol. (b), 153, 641 (1989).

Abstract

Low-temperature time resolved photoluminescen[24] P.J. Dean, J.L. Merz. Phys. Rev., 178, 1310 (1968).

ce (PL) of In0.2Ga0.8N/GaN structures both undoped and doped [25] E. Zacks, A. Halperin. Phys. Rev. B, 6, 3072 (1972).

with silicon have been investigated. The structures have [26] V.P. Dobrego, I.S. Shlimak. Phys. St. Sol., 38, 805 (1969);

been grown by MOCVD on sapphire substrates and consisted D. Redfield, J.P. Wittke, J.I. Pankov. Phys. Rev. B, 2, of 12 quantum wells with the width of 60 and separation by (1970); H.P. Gislason, B.Y. Yang, M. Linnarson. Phys. Rev. B, 47, 9418 (1993). barriers. The PL peculiarities that have been observed: the blue [27] D.G. Thomas, J.J. Hopfield, W.M. Augustyniak. Phys. Rev., shift of the peak with increasing the excitation density, the red 140, A202 (1965).

shift of the PL peak with prolongation of the delay time, the time [28] H. Morkoc, F. Hfmdani, A. Salvador. Semicond. Semimet., 50, dependence of PL as IPL t- ( 2), has been explained by 193 (1998).

a manifestation of the two-dimensional donor–acceptor recombi[29] C. Weisbuch, B. Vinter. Quantum Semiconductor Structures nation. The total bond energy of donor and acceptor centers has (Academic Press, 1991).

been estimated to be 340 meV and 250 meV for silicon-doped [30] S.F. Chichibu, A.C. Abre, M.S. Minsky, S. Keller, S.B. Fleisand undoped quantum wells, respectively. The role of the mosaic cher, J.E. Bowers, E. Hu, U.K. Mishra, L.A. Coldren, structure typical of hexagonal III-nitrides has been discussed as a S.P. DenBaars. Appl. Phys. Lett., 73, 2006 (1998).

factor which provides the donor–acceptor pair formation.

[31] N.N. Zinov’ev, V.Yu. Nekrasov, L.V. Belyakov, O.M. Sresely.

Semiconductors, 33, 1428 (2000).

[32] Properties of Advanced Semiconductor Materials: GaN, AlN, InN, BN, SiC, SiGe, ed. by M.E. Levinshtein, S.L. Rumyantsev and M.S. Shur (N. Y., John Wiley & Sons, 2001) p. 1.

[33] S. Chuhubu, T. Azuhata, T. Sota, S. Nakamura. Appl. Phys.

Lett., 69, 4188 (1996).

[34] P. Riblet, H. Hirayama, A. Kinoshita, A. Hirata, T. Sugano, Y. Aoyagi. Appl. Phys. Lett., 75, 2241 (1999).

[35] E.G. Brazel, M.A. Chin, V. Narayanamutri. Appl. Phys. Lett., 74, 2367 (1999).

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.