'

Молекулярно-лучевая эпитаксия и люминесценция GaN/AlN квантовых точек

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Молекулярно-лучевая эпитаксия и люминесценция GaN/AlN квантовых точек К.С. Журавлев Институт Физики Полупроводников СО РАН, Новосибирск, Россия


Слайд 1

2 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек План выступления Информация о лаборатории МЛЭ материалов типа А3В5 МЛЭ GaN квантовых точек в матрице AlN Фотолюминесценция GaN/AlN КТ Заключение


Слайд 2

3 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Лаборатория МЛЭ материалов типа А3В5


Слайд 3

4 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Методы эпитаксии III-нитридных гетероструктур Молекулярно-лучевая эпитаксия Газофазная эпитаксия Аммиачная МЛЭ Ga(Al) + NH3 ? GaN(AlN) + N2?+ H2? рч-МЛЭ Ga(Al) + N (plasma) ? GaN(AlN) Ga(CH3)3 + NH3 ? GaN+CH4+N2+H2 Al(CH3)3 +NH3 ? AlN+CH4+N2 +H2


Слайд 4

5 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Молекулярно-лучевая эпитаксия Достоинства МЛЭ технологии: низкая скорость роста слоев (1 мкм/час = 1 нм/сек), быстрая скорость управления потоками исходного вещества, in situ контроль ростового процесса.


Слайд 5

6 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Проблемы МЛЭ GaNAlGaN гетроструктур Технология начала роста: полярность и морфология. Управление упругими напряжениями в гетроструктуре. Уменьшение концентрации дефектов и примесей. Получение требуемой морфологии поверхности и границ раздела. Отсутствие GaN подложки


Слайд 6

7 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Встроенное электрическое поле в вюрцитных GaN/AlN КТ Optical properties of wurtzite GaN/AlN QDs are significantly affected by the presence of a strong built-in electric field Origin of electric field: spontaneous polarization at the GaN/AlN interfaces and piezoelectric polarization of strained GaN Resulting electric field value: a few MV/cm Direction of electric field: vertical - along the (0001) growth axis


Слайд 7

8 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Эффекты встроенного электрического поля в GaN/AlN КТ Presence of a strong built-in electric field in GaN/AlN QDs results in: Quantum-confined Stark effect Exponential dependence of PL decay times on the QDs size Strong dependence of the PL peak energy on the excitation power as a consequence of the screening of electric field?


Слайд 8

9 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Энергетическая диаграмма GaN/AlN КТ A.D. Andreev and E.P. O’Reilly, Appl. Phys. Lett., 79, 521 (2001)


Слайд 9

10 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Sample Initial beam Registration system Specular beam fluorescent display Дифракция быстрых электронов на отражение


Слайд 10

11 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек ДБЭО: 2D и 3D дифракционные картины Smooth surface Rough surface e--beam e--beam


Слайд 11

12 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек ДБЭО исследования 2D --> 3D transition Bragg’s spots


Слайд 12

13 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Анализ роста КТ с помощью ДБЭО Reflexes intensity evolution Spot’s shape (Gauss function): I0(t) – GaN islands density ?(t) – effective average dimension of GaN islands x0(t) – reflex position, strain x, a.u. time, sec I(x,t), a.u.


Слайд 13

14 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Механизмы эпитаксиального роста - Frank–van der Merwe (FV) Elayer + Ein + Eel < Esub Volmer-Weber (VW) Elayer + Ein + Eel > Esub Stranski- Krastanov (SK) Elayer + Ein + Eel < Esub d < dc Elayer + Ein + Eel > Esub d > dc Elayer , Ein , Esub - surface energies Eel – elastic energy


Слайд 14

15 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек КТ, выращенные по методу Странского-Крастанова AlN bufer layer GaN wetting layer GaN islands (self-organized quantum dots) (critical thickness d ? 2.5 ML)


Слайд 15

16 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек ДБЭО контроль моды роста MBE growth of QDs without 2D ? 3D transition Intensity of 2D (0 0) (0 1/2) and 3D (Bragg Spot) reflexes Coexistence of 2D and 3D growth mode 3D nucleation without wetting layer TS=5400 C


Слайд 16

17 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Кинетика роста GaN островков на поверхности AlN Ga on Nucleation rate of 3D islands increases with substrate temperature increasing


Слайд 17

18 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Условия роста структур с квантовыми точками GaN в AlN


Слайд 18

19 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Электронная микроскопия КТ Typical QDs density was in a range of 1010 - 1011 cm-2. Height of QDs was in a range of 2.0?5.0 nm. HRTEM image


Слайд 19

20 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Спектры фотолюминесценции КТ Зависимость энергии максимума ФЛ от средней высоты КТ


Слайд 20

21 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Безызлучательная рекомбинация в GaN/AlN КТ


Слайд 21

22 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Зависимость энергии активации тушения ФЛ от средней высоты КТ


Слайд 22

23 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Оже-рекомбинация Рекомбинация через глубокие центры внутри квантовых точек в матрице глубокий центр экситон Возможные механизмы температурного тушения ФЛ КТ


Слайд 23

24 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Термически активируемый захват на уровни дефектов, локализованных в окрестности КТ


Слайд 24

25 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Микрофотолюминесценция GaN/AlN КТ Fourth harmonic of a cw Nd:Vanadate laser, ? = 266 nm (?? =4.66 eV). The laser spot was about 1.5 ?m in diameter .


Слайд 25

26 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Микро-ФЛ GaN/AlN КТ при различной мощности возбуждения


Слайд 26

27 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Зависимость интесивности ФЛО от мощности возбуждения


Слайд 27

28 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Зависимость энергии максимума полос ФЛ от мощности возбуждения


Слайд 28

29 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Причины независимости положения полос ФЛ от мощности возбуждения Small number of carriers in single QD: ?1 e-h pair. The internal electric field in the explored structures is small in comparison with the value deduced from the piezoelectric constants and the spontaneous polarization. Small shift of particular PL bands can be due to recharging of defects located at distance of a few nm from QD.


Слайд 29

30 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Изменение параметров решетки GaN КТ по данным ДБЭО


Слайд 30

31 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Фотолюминесценция КТ GaN/AlN при высокой мощности накачки Спектры ФЛ Зависимость интенсивности ФЛ от мощности лазера


Слайд 31

32 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Энергия максимума полосы ФЛ Зависимости положения и ширины полос ФЛ уровня накачки Ширина полосы ФЛ


Слайд 32

33 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Перенормировка запрещенной зоны


Слайд 33

34 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Нестационарная ФЛ КТ GaN/AlN Расчет T. Bretagnon, PRB, 73, 113304 (2006). Спектры нестационарной ФЛ Кинетика ФЛ Время жизни в КТ Наши данные Энергетический спектр КТ разного размера


Слайд 34

35 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Заполнение энергетических состояний Квантовые точки Квантовые ямы


Слайд 35

36 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Тонкая структура экситонов в КТ Momentum conservation law The total angular momentum of heavy-hole excitons in QDs M=s+j, s=? ? (the electron spin), j=?3/2 (the heavy-hole angular momentum). Four degenerate states: M=?1(bright states), M=?2(dark states). Emission of pure states is circular polarized. 1. Electron- hole exchange interaction: - causes a dark-bright splitting, mixes the dark states, - lifts their degeneracy. 2. Lower symmetry of QDs: produces a nondegenerate bright doublet, - mixes the bright states. The mixed states usually produce lines showing linear polarization.


Слайд 36

37 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Линейно поляризованное излучение КТ


Слайд 37

38 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Polarization degree depends on density of QDs, it varies from 2% to 15%. Линейно поляризованная ФЛ GaN/AlN КТ


Слайд 38

39 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек


Слайд 39

40 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек В ИФП СО РАН развита МЛЭ технология GaN квантовых точек в матрице. Ведутся исследования механизмов роста, структурных и люминесцентных свойств структур с квантовыми точками


Слайд 40

41 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек В.Г.Мансуров, Ю.Г.Галицын, Т.В.Малин, А.Тихонов (Рост), А.К.Гутаковский (Микроскопия), И.Александров, А.М.Гилинский, (Фотолюминесценция). ИФП СО РАН, Новосибирск Ph. Vennegues (Microscopy) Centre de Recherche sur l’Hetero-Epitaxie et ses Applications, Valbonne, France P. P. Paskov, P.O.Holtz (micro-Photoluminescence) Linkoping University, Linkoping, Sweden


Слайд 41

42 МЛЭ и люминесценция GaN/AlN квантовых точек Спасибо за внимание !


×

HTML:





Ссылка: