InGaN多量子阱中载流子传输和复合发光机制.pdf

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1、山东科学第２６卷第５期２０１３年１０月出版ＳＨＡＮＤＯＮＧＳＣＩＥＮＣＥＶｏｌ．２６Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２０１３ＤＯＩ：１０．３９７６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－４０２６．２０１３．０５．００５ＩｎＧａＮ多量子阱中载流子的传输和复合发光机制１２１１１王梦琦，栾梦恺，孙虎，王绘凝，冀子武（１．山东大学物理学院，山东济南２５０１００；２．北京师范大学数学科学学院，北京１００８７５）摘要：利用金属有机化学气相沉积技术在蓝宝石衬底上生长了多量子阱结构的ＩｎＧａＮ／ＧａＮ薄膜，并对其光致发光（ＰＬ）特性进行了研究。结果显示该样品的ＰＬ谱中有两个主

2、要发光成分，这两个发光成分被认为是分别来自ＩｎＧａＮ阱层中的两个分离的相：低Ｉｎ的ＩｎＧａＮ母体和富Ｉｎ的量子点，并且它们的积分强度强烈地依赖测试温度和激发功率。这个行为被解释为ＧａＮ和ＩｎＮ之间较低的互溶隙导致了ＩｎＧａＮ阱层的相分离，并且在这两个相之间存在着光生载流子的传输过程。关键词：光致发光；ＩｎＧａＮ母体；量子点；相分离中图分类号：Ｏ４６９文献标识码：Ａ文章编号：１００２４０２６（２０１３）０５００１８０４Ｔｒａｎｓｆｅｒａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅｃａｒｒｉ

3、ｅｒｓｉｎＩｎＧａＮｍｕｌｔｉｐｌｅｑｕａｎｔｕｍｗｅｌｌｓ１２１１１ＷＡＮＧＭｅｎｇｑｉ，ＬＵＡＮＭｅｎｇｋａｉ，ＳＵＮＨｕ，ＷＡＮＧＨｕｉｎｉｎｇ，ＪＩＺｉｗｕ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５０１００，Ｃｈｉｎａ；２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭａｔｈｅｍａｔｉｃｓ，ＢｅｉｊｉｎｇＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８７５，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ∶ＷｅｇｒｅｗＩｎＧａＮ／ＧａＮｍｕｌｔｉｐｌｅｑｕａｎｔｕｍｗｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（ＭＱＷ

4、ｓ）ｏｎａｃｐｌａｎｅｓａｐｐｈｉｒｅｓｕｂｓｔｒａｔｅｗｉｔｈｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ａｎｄｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｉｔｓｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（ＰＬ）ｐｒｏｐｅｒｔｙ．ＲｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｗｏｍａｉｎｅｍｉｓｓｉｏｎｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｅｘｉｓｔｉｎｉｔｓＰＬｓｐｅｃｔｒｕｍ．ＴｈｅｙａｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｏｂｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｆｒｏｍｔｗｏｓｅｐａｒａｔｅｐｈａｓｅｓｌｏｗＩｎｃｏｎｔｅｎｔＩｎＧａＮｍａｔｒｉｘａｎｄｈｉｇｈＩｎｃｏｎｔｅｎ

5、ｔｑｕａｓｉｑｕａｎｔｕｍｄｏｔｓ（ＱＤｓ）ｉｎＩｎＧａＮｗｅｌｌｌａｙｅｒｓ．ＴｈｅｉｒｉｎｔｅｇｒａｌＰＬｉｎｔｅｎｓｉｔｉｅｓｌａｒｇｅｌｙｄｅｐｅｎｄｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｐｏｗｅｒ．ＬｏｗｅｒｍｉｓｃｉｂｉｌｉｔｙｂｅｔｗｅｅｎＧａＮａｎｄＩｎＮｉｓｂｅｌｉｅｖｅｄｔｏｒｅｓｕｌｔｉｎｔｈｅｐｈａｓｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＩｎＧａＮｗｅｌｌｌａｙｅｒｓ．Ｔｒａｎｓｐｏｒｔｐｒｏｃｅｓｓｏｆｐｈｏｔｏｇｅｎｅｒａｔｅｄｃａｒｒｉｅｒｓｅｘｉｓｔｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔ

6、ｗｏｐｈａｓｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ∶ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ；ＩｎＧａＮｍａｔｒｉｘ；ｑｕａｎｔｕｍｄｏｔ；ｐｈａｓｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎ近年来，随着蓝绿色超高亮度发光二极管（ＬＥＤ）和蓝紫光激光二极管（ＬＤ）等器件的广泛应用，对其中有源区（发光层）ＩｎＧａＮ材料发光特性的研究也越来越受到重视。通过适当调节ＩｎＧａＮ合金中铟（Ｉｎ）组分［１－４］的大小，可覆盖从红外到紫外的整个光谱范围。然而，由于Ｉｎ和Ｇａ的原子体积存在着较大的差异，同时ＩｎＮ和ＧａＮ间也存在着较大的晶格失配（１１％），因此在ＩｎＧａＮ外延层中容易产生相

7、的分离或者轻微的Ｉｎ收稿日期：２０１３０７１０基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（博导类）（２０１２０１３１１１０００６）作者简介：王梦琦（１９９２－），男，学士，研究方向为半导体物理研究。Ｅｍａｉｌ：ｗｍｑ０００８＠１６３．ｃｏｍ通讯作者，冀子武（１９６２－），男，博士，教授，研究方向为凝聚态物理研究。Ｅｍａｉｌ：ｊｉｚｉｗｕ＠ｓｄｕ．ｅｄｕ．ｃｎ第５期王梦琦，等：ＩｎＧａＮ多量子阱中载流子的传输和复合发光机制１９［５－６］［７－８］组分起伏。此外，由于缺乏可供选择的晶格匹配的衬底，ＩｎＧａＮ外延层中也会存在高密度的位

8、错。尽管如此，基于ＩｎＧａＮ合金的器件却经常显示非常高的量子产率，人们已经将这个现象归因于ＩｎＧａＮ层中［５６］自组装形成（ｓｅｌｆｆｏｒｍｅｄ）的富Ｉｎ团簇。在这个结构里，这些富Ｉｎ区作为准量子点（ＱＤｓ）提供了较强的局域势来抑