绿光InGaN有源层材料生长与发光研究

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由于InN和GaN间存在大的晶格失配,InGaN材料生长易形成高密度缺陷,非辐射复合几率增加,导致发光效率大幅下降。此外高铟组分的InGaN/GaN量子阱由晶格失配引起的应变会产生强的压电极化场,引起能带弯曲,使电子和空穴波函数空间交叠减少,辐射复合几率大幅下降。  本文通过应变诱导形成类似量子点的纳米岛状结构,有效抑制了高铟(26.8%)InGaN有源层的失配位错和坑的形成。由于类量子点的纳米岛状结构引起的应力再分布及其上的GaN岛引起的InGaN有源层应变调制,导致在位错周围形成了较高的表面势垒,从而使载流子横向上产生局域化效应,远离缺陷处的非辐射复合中心。室温阴极荧光检测显示503nm处的富铟InGaN量子点发光和444nm处的量子阱发光。光致发光显示量子点发光为主的发光峰,进一步支持了形成的富铟InGaN类量子点的确存在较强的载流子局域化效应。因此,绿光发光增强的主要原因可归纳为:(1)坑和位错密度减少,降低了非辐射复合率;(2)应力弹性释放形成量子点,提高了电子—空穴波函数的空间交叠;(3)量子点的载流子局域化效应和位错周围较高的表面势垒,抑制了载流子移向位错和缺陷及其非辐射复合;(4)表面粗化提高光的出射效率。  另外,扫描透射电镜观察显示,多量子阱样品中底层量子阱的富铟纳米结构仍然完好,而接近表面的量子阱却形成了较多缺陷。通过预生长(高铟)超薄层,可避免产生过大应力及其应力释放。而铟的表面活性剂作用可提高吸附原子的横向迁移率而抑制应力的积累。因此底层量子阱的富铟纳米结构保持较好的结构完整性,但顶部量子阱由于应力积累并释放,而形成较多的位错、坑等缺陷。此外,高铟超薄层引起的能带工程减少了电子和空穴的空间分离,提高了载流子复合几率,进一步增强了绿光发光效率。
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