B30 Исследование влияния кристаллического совершенства светодиодной структуры с квантовыми ямами InGaN/GaN на ее излучательные свойcтва

Ермошин И.Г., Цыпленков И.Н., Свешников Ю.Н., ЗАО «Элма-Малахит», г. Москва, Зеленоград

Скачать доклад в .pdf | Читать комментарии и вопросы

Широкозонные структуры на основе GaN обладают уникальными свойствами для современных высокоэффективных излучающих устройствах УФ синего и зеленого диапазона. Требования, предъявляемые к излучательным характеристикам светодиодов, постоянно повышаются, что приводит к необходимости совершенствования технологии производства гетероструктур. В этом докладе рассмотрены вопросы использования данных рентгенодифрактометрических исследований для оптимизация роста светодиодных структур, полученных методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений.

Необходимость использования сапфировых подложек при получении гетероструктур InGaN/GaN приводит к образованию большой плотности дислокаций (1010 см-2) при непосредственном осаждении GaN, что происходит вследствие различия параметров кристаллических решеток этих материалов. Использование низкотемпературного буферного слоя толщиной 20 - 40 нм перед ростом основного слоя GaN позволяет снизить плотность дислокаций до 108 см-2.

Для оценки степени кристаллического совершенства эпитаксиальных слоев в этой работе используются рентгенодифрактометрические кривые качания. Наличие дислокаций в слоях приводит к уширению кривых качания. Модель уширения была предложена Хиршем [1], который показал, что плотность дислокаций может быть определена из выражения: ρ=b2/(9b2), где: β - уширение кривой качания; b - вектор Бюргерса.

Внешняя квантовая эффективность излучения светодиодных структур во многом определяется безизлучательным временем жизни носителей заряда, которое в основном связано с дефектами кристаллической структуры, например, дислокациями.

Для оптимизации условий роста буферного слоя GaN была выращена и исследована светодиодная структура на подложке сапфира, полученная методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений. Перед ростом основного буферного слоя GaN был нанесен низкотемпературный зародышевый слой толщиной примерно 40 нм при 540 °С. Толщина n‑области составляла 3 мкм, активная область состояла из 5 квантовых ям InGaN/GaN с толщинами слоев 2,5/7,5 нм соответственно, содержание In в слое InGaN была 10 - 12 %.

Структурное совершенство слоев AlGaN/InGaN/GaN светодиодной структуры оценивалось по полуширине рентгеновских кривых качания (ПШКК), которые измерялись на специализированном дифрактометре фирмы Accent ”Vector‑GaN”. Излучательная эффективность была оценена по фототоку, который генерировался в фотодатчике с известной чувствительностью в области 460 нм при пропускании прямого тока 10 мА через каждый из пяти контактов на поверхности структуры.

В табл. 1 приведены результаты измерения (столбец «до оптимизации») ПШКК, для пяти областей структуры, а также измерения интенсивности в максимумах электролюминесценции (ЭЛ) и эффективности излучения для тех же областей. В качестве сравнения (столбец «после оптимизации») в табл. 1 приводятся результаты измерения после проведения оптимизации роста буферного слоя, имеющую идентичную активную область из квантовых ям. Оптимизация заключалась в определении наиболее благоприятных условий роста зародышевого слоя (температура, скорость роста, толщина), а также процесса перекристаллизации (скорость подъема температуры, величина расходов реагентов) и переход к росту основного буферного слоя [2].

                                                                                       Таблица 1. Результаты измерений

№ точки

ПШКК, арксек

Интенсивность ЭЛ, отн. ед.

Эффективность излучения, %

до оптимизации

после оптимизации

до оптимизации

после оптимизации

до оптимизации

после оптимизации

1

311,6

281,3

14,1

20,0

5,0

10,6

2

309,6

279,5

15,0

22,6

6,8

11,4

3

335,1

282,5

4,2

23,4

3,7

11,1

4

301,7

279,9

21,4

24,0

10,7

11,5

5

302,1

280,0

19,2

23,2

10,3

11,7

Как видно из табл. 1, для всех трех исследуемых характеристик существует корреляция между структурным совершенством, которое представлено значениями ПШКК. Это подтверждается результатами измерений как для образца до оптимизации ростовых условий, так и для оптимизированного образца. Некоторые отклонения от полного соответствия могут быть отнесены на различие в свойствах наносимых для измерения ЭЛ контактах.

Таким образом, установлено, что для областей структуры, для которых рентгеновские кривые качания уширяются, что свидетельствует о низком структурном совершенстве свойств AlInGaN, происходит уменьшение эффективности излучения.

Таким образом, построение карт распределения ПШКК по поверхности светодиодной структуры позволяет определить/прогнозировать будущую эффективность излучения светодиодных чипов, полученных из разных областей структуры с активной областью InGaN/GaN.

Литература:

1.  Hirsch P. B. Mosaic structure // Progress in metal physics / New York: Pergamon, 1956. Ch. 6. 137-141

2.  Dong-Sing Wuu, Ray-Hua Horng, Wei-Hao Tseng, Wei-Tsung Lin, Chung-Yuan Kung. «Influences of temperature ramping rate on GaN buffer layers and subsequent GaN overlayers grown by metalorganic chemical vapor deposition». J. of Crystal Growth 220 (2000) 235-242

Тематика:

Комментариев: 1


» Рабинович Олег (об авторе) { Июнь 8, 2009 - 07:06:26 }

Уважаемые авторы, спасибо за интересный материал. Хотелось узнать Ваше мнение относительно вопроса - что мешает вырастить “идеальную” гетероструктуру? Всё же какое количество КЯ оптимально 3 или 4 или 5?

Возможность добавлять комментарии отключена в связи с окончанием конференции.

 

Российская светотехническая интернет-конференция, 2009 г.
© Межрегиональное светотехническое общество
© Коллектив авторов
24 queries. 0.090 seconds.