EFFECT OF ANNEALING ON OPTICAL PROPERTIES OF InGaN / GaN MULTIPLE QUANTUM WELLS
Y.-C. Cheng^a, S.-W. Feng^a, C.C. Yang^a, C.-T. Kuo^b, J.-S. Tsang^b, S. Juršėnas^c, S. Miasojedovas^c, and A. Žukauskas^c
aGraduate Institute of Electro-Optical Engineering and Department of Electrical Engineering, National Taiwan University 1, Roosevelt Road, Sec. 4, Taipei, Taiwan, R.O.C.
^bAdvanced Epitaxy Technology Inc., Hsinchu Industrial Park, Hsinchu, Taiwan, R.O.C.
^cInstitute of Materials Science and Applied Research, Vilnius University, Saulėtekio 9, LT-10222 Vilnius, Lithuania
E-mail: saulius.jursenas@ff.vu.lt

Received 24 February 2006

Site-selective photoluminescence, photoluminescence excitation, and time-resolved luminescence in as-grown and thermally treated In0.15Ga0.85N / GaN multiple quantum wells (MQWs) was investigated as a function of well width in the temperature range of 10–300 K. Thermal annealing at 800 ^$\circ$C for 30 min monitored by microstructure imaging was shown to result in an alteration of MQWs optical properties intricately depending on the well thickness. The observed blue shift of the luminescence band and pronounced changes in the absorbance indicate a remarkable interdiffusion of indium at the quantum well–barrier interface for MQWs with thin (2 nm) wells. Meanwhile for thicker (3 nm) wells, a pronounced red shift of the luminescence band and an increase in the luminescence decay time was observed and attributed to electron–hole wave function separation facilitated by the smoothened band potential profile. In the thickest wells (4 nm), annealing resulted in even more pronounced improvement of microstructure, which led to a noticeable reduction of the localization energy of the electronic excitations (an annealing-invoked luminescence peak blue shift that overweighs the red one caused by intrinsic field) and to suppression of nonradiative recombination (an increase in luminescence efficiency). The results are accounted for in terms of annealing-invoked In–Ga interdiffusion, which behaves as either diffusion of indium to barriers or “uphill” diffusion within the wells depending on the well width.

Keywords: InGaN, multiple quantum wells, annealing, luminescence

ATKAITINIMO ĮTAKA InGaN / GaN DAUGIALAKŠČIŲ DARINIŲ OPTINĖMS SAVYBĖMS
Y.-C. Cheng^a, S.-W. Feng^a, C.C. Yang^a, C.-T. Kuo^b, J.-S. Tsang^b, S. Juršėnas^c, S. Miasojedovas^c, A. Žukauskas^c
aNacionalinis Taivanio universitetas 1, Taipėjus, Taivanis
^bChsinčiu pramonės parkas, Chsinčiu, Taivanis
^cVilniaus universitetas, Vilnius, Lietuva

Ištirtos ką tik išaugintų ir 30 min 800 ^$\circ$C temperatūroje atkaitintų In_0,15Ga_0,85N / GaN daugialakščių darinių liuminescencijos, sužadinimo spektrų bei laike išskleistos liuminescencijos 10–300 K temperatūroje savybės, kurios palygintos su didelės skyros elektronų mikroskopijos atvaizdais. Pastebėta, kad kvantinių darinių atkaitinimas lemia optinių savybių pakitimą, kuris sudėtingai priklauso nuo kvantinės duobės storio. Plonose kvantinėse duobėse pastebėtas liuminescencijos smailės poslinkis į didesnės energijos sritis bei būdingi pakitimai sugerties spektre dėl indžio difuzijos į barjerinę sritį. Platesnėse (3 nm) duobėse pastebėtas liuminescencijos smailės poslinkis į mažesnės energijos sritis bei išaugusi krūvininkų gyvavimo trukmė. Taip atsitinka, elektronų bei skylių banginėms funkcijoms atsiskyrus erdvėje dėl sumažėjusių potencialo fliuktuacijų. Plačiausiose (4 nm) kvantinėse duobėse atkaitinimas padarė dar didesnę įtaką sandarai, žymiai sumažindamas krūvininkų lokalizacijos energiją (poslinkis į didesnės energijos sritis didesnis nei vidinio elektrinio lauko nulemtas poslinkis į mažesnės energijos sritis) bei sumažino nespindulinę rekombinaciją (suintensyvėjo liuminescencija). Aiškinama, kad tokie rezultatai gauti dėl atkaitinimo sukeltos In–Ga abipusės difuzijos, kai priklausomai nuo duobės storio arba indis difunduoja į barjerinę sritį, arba vyksta indžio kondensacija (neigiama difuzija) pačiose kvantinėse duobėse.