Arūnas Kadys, Tadas Malinauskas, Mantas Dmukauskas, Ignas
Reklaitis, Kazimieras Nomeika, Vytautas Gudelis, Ramūnas
Aleksiejūnas, Patrik Ščajev, Saulius Nargelas, Saulius
Miasojedovas, and Kęstutis Jarašiūnas
Received 22 April 2014; revised 15 June 2014; accepted 23
September 2014
Arūnas Kadys, Tadas Malinauskas,
Mantas Dmukauskas, Ignas Reklaitis, Kazimieras Nomeika, Vytautas
Gudelis, Ramūnas Aleksiejūnas, Patrik Ščajev, Saulius Nargelas,
Saulius Miasojedovas, and Kęstutis Jarašiūnas
Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas, Vilnius,
Lietuva
Pristatome išsamius
fotosužadintų krūvininkų dinamikos tyrimus daugialypėse InGaN
kvantinėse sandarose su plačiu laiptuotu tarpsluoksniu ir
skirtingo profilio kvantinėmis duobėmis (stačiakampėmis,
trikampėmis, trapecinėmis). Šis įtempimų valdymo būdas dėl
palaipsniui didėjančio In kiekio tarpsluoksnyje ir sklandaus
sandūrų tarp kvantinių duobių bei barjerų formavimo leido
sumažinti dislokacijų tankį. Daugialypės kvantinės sandaros,
orientuotos išilgai c ašies ir šviečiančios ties 470 nm, buvo
pagamintos Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų instituto
MOCVD reaktoriuje. Fotoliuminescencijos (FL) spektrų matavimai
buvo atlikti nuolatinės veikos ir impulsinio žadinimo sąlygomis.
Bandinių reaktyvus joninis ėsdinimas leido identifikuoti FL
atsaką iš InGaN tarpsluoksnio, kvantinių duobių ir kvantinių
barjerų, tokiu būdu parodant su auginimu susijusias sąlygas,
lemiančias geresnę krūvininkų lokalizaciją duobėse. Iš laikinės
skyros FL ir skirtuminio pralaidumo kinetikų įvertintos
krūvininkų gyvavimo trukmės (ir jų spektrinis pasiskirstymas)
buvo ilgiausios trikampėse kvantinėse duobėse, kuriose taip pat
stebėtas didžiausias FL intensyvumas. Šviesa indukuotų
difrakcinių gardelių metodika panaudota nustatant erdviškai
suvidurkintą krūvininkų gyvavimo trukmę visoje
heterostruktūroje, tai leido įvertinti vidinės šviestuko
struktūros kokybę panašiomis prietaisų veiklai sąlygomis.
Gardelių irimo spartos esant žemam ir aukštam žadinimo energijos
tankiui atskleidė su fotosužadinimu augančią nespindulinės
rekombinacijos spartą trikampio ir trapecinio profilio duobėse.
References
/ Nuorodos
[1] G. Verzellesi, D. Saguatti, M. Meneghini, F. Bertazzi, M.
Goano, G. Meneghesso, and E. Zanoni, Efficiency droop in
InGaN/GaN blue light-emitting diodes: Physical mechanisms and
remedies, J. Appl. Phys.
114, 071101 (2013),
http://dx.doi.org/10.1063/1.4816434
[2] V. Avrutin, S.A. Hafiz, F. Zhang, Ü. Özgür, H. Morkoç, and
A. Matulionis, InGaN light-emitting diodes: Efficiency-limiting
processes at high injection, J. Vac. Sci. Technol. A
31,
050809 (2013),
http://dx.doi.org/10.1116/1.4810789
[3] J. Piprek, Efficiency droop in nitride-based lightemitting
diodes, Phys. Status Solidi A
207, 2217–2225 (2010),
http://dx.doi.org/10.1002/pssa.201026149
[4] E. Kioupiakis, P. Rinke, K.T. Delaney, and C.G. Van de
Walle, Indirect Auger recombination as a cause of efficiency
droop in nitride light-emitting diodes, Appl. Phys. Lett.
98,
161107 (2011),
http://dx.doi.org/10.1063/1.3570656
[5] J. Hader, J.V. Moloney, and S.W. Koch, Density-activated
defect recombination as a possible explanation for the
efficiency droop in GaN-based diodes, Appl. Phys. Lett.
96,
221106 (2010),
http://dx.doi.org/10.1063/1.3446889
[6] T. Malinauskas, A. Kadys, T. Grinys, S. Nargelas, R.
Aleksiejūnas, S. Miasojedovas, J. Mickevičius, R. Tomašiūnas, K.
Jarašiūnas, M. Vengris, S. Okur, V. Avrutin, X. Li, F. Zhang, Ü.
Özgür, and H. Morkoç, Impact of carrier localization,
recombination, and diffusivity on excited state dynamics in
InGaN/GaN quantum wells, Proc. SPIE
8262, 82621S-1
(2012),
http://dx.doi.org/10.1117/12.906488
[7] R. Aleksiejūnas, K. Gelžinytė, S. Nargelas, K. Jarašiūnas,
M. Vengris, E.A. Armour, D.P. Byrnes, R.A. Arif, S.M. Lee, and
G.D. Papasouliotis, Diffusion-driven and excitation-dependent
recombination rate in blue InGaN/GaN quantum well structures,
Appl. Phys. Lett.
104, 022114 (2014),
http://dx.doi.org/10.1063/1.4862026
[8] J.I. Shim, H. Kim, D.S. Shin, and H.Y. Yoo, An explanation
of efficiency droop in InGaN-based light emitting diodes:
saturated radiative recombination rate at randomly distributed
In-rich active areas, J. Korean Phys. Soc.
58, 503–508
(2011),
http://dx.doi.org/10.3938/jkps.58.503
[9] B.-J. Ahn, T.-S. Kim, Y. Dong, M.-T. Hong, J.-H. Song, J.-H.
Song, H.-K. Yuh, S.-C. Choi, D.-K. Bae, and Y. Moon,
Experimental determination of current spill-over and its effect
on the efficiency droop in InGaN/GaN blue-light-emitting diodes,
Appl. Phys. Lett.
100, 031905 (2012),
http://dx.doi.org/10.1063/1.3678029
[10] X. Ni, X. Li, J. Lee, S. Liu, V. Avrutin, Ü. Özgür, H.
Morkoç, A. Matulionis, T. Paskova, G. Mulholland, and K.R.
Evans, InGaN staircase electron injector for reduction of
electron overflow in InGaN light emitting diodes, Appl. Phys.
Lett.
97, 031110 (2010),
http://dx.doi.org/10.1063/1.3465658
[11] M.H. Kim, M.F. Schubert, Q. Dai, J.K. Kim, E.F. Schubert,
J. Piprek, and Y. Park, Origin of efficiency droop in GaN-based
light-emitting diodes, Appl. Phys. Lett.
91, 183507
(2007),
http://dx.doi.org/10.1063/1.2800290
[12] S.-H. Han, D.-Y. Lee, H.-W. Shim, G.-Ch. Kim, Y.S. Kim,
S.-T. Kim, S.-J. Lee, Ch.-Y. Cho, and S.-J. Park, Improvement of
efficiency droop in InGaN/GaN multiple quantum well
light-emitting diodes with trapezoidal wells, J. Phys. Appl.
Phys.
43, 354004 (2010),
http://dx.doi.org/10.1088/0022-3727/43/35/354004
[13] H. Zhao, G. Liu, J. Zhang, J.D. Poplawsky, V. Dierolf, and
N. Tansu, Approaches for high internal quantum efficiency green
InGaN light-emitting diodes with large overlap quantum wells,
Opt. Express
19, A991–A1007 (2011),
http://dx.doi.org/10.1364/OE.19.00A991
[14] M. Leyer, J. Stellmach, Ch. Meissner, M. Pristovsek, and M.
Kneissl, The critical thickness of InGaN on (0001) GaN, J.
Cryst. Growth
310, 4913–4915 (2008),
http://dx.doi.org/10.1016/j.jcrysgro.2008.08.021
[15] K. Pantzas, G. Patriarche, G. Orsal, S. Gautier, T.
Moudakir, M. Abid, V. Gorge, Z. Djebbour, P.L. Voss, and A.
Ougazzaden, Investigation of a relaxation mechanism specific to
InGaN for improved MOVPE growth of nitride solar cell materials,
Phys. Status Solidi A
209(1), 25–28 (2012),
http://dx.doi.org/10.1002/pssa.201100154
[16] K. Jarašiūnas, R. Aleksiejūnas, T. Malinauskas, V. Gudelis,
T. Tamulevičius, S. Tamulevičius, A. Guobienė, A. Usikov, V.
Dmitriev, and H.J. Gerritsen, Implementation of diffractive
optical element in four-wave mixing scheme for ex situ
characterization of hydride vapor phase epitaxy-grown GaN
layers, Rev. Sci. Instrum.
78, 033901 (2007),
http://dx.doi.org/10.1063/1.2712788
[17] P. Ščajev, K. Jarašiūnas, S. Okur, Ü. Özgür, and H. Morkoç,
Carrier dynamics in bulk GaN, J. Appl. Phys.
111, 023702
(2012),
http://dx.doi.org/10.1063/1.3673851
[18] P. Ščajev, A. Usikov, V. Soukhoveev, R. Aleksiejūnas, and
K. Jarašiūnas, Diffusion-limited nonradiative recombination at
extended defects in hydride vapor phase epitaxy GaN layers,
Appl. Phys. Lett.
98, 202105 (2011),
http://dx.doi.org/10.1063/1.3591173
[19] G. Li, S.J. Chua, S.J. Xu, W. Wang, P. Li, B. Beaumont, and
P. Gibart, Nature and elimination of yellow-band luminescence
and donor–acceptor emission of undoped GaN, Appl. Phys. Lett.
74,
2821–2823 (1999),
http://dx.doi.org/10.1063/1.124025
[20] V.Yu. Davydov, A.A. Klochikhin, V.V. Emtsev, D.A.
Kurdyukov, S.V. Ivanov, V.A. Vekshin, F. Bechstedt, J.
Furthmüller, J. Aderhold, J. Graul, A.V. Mudryi, H. Harima, A.
Hashimoto, A. Yamamoto, and E.E. Haller, Band gap of hexagonal
InN and InGaN alloys, Phys. Status Solidi B
234(3),
787–795 (2002),
http://dx.doi.org/10.1002/1521-3951(200212)234:3<787::AID-PSSB787>3.0.CO;2-H
[21] N. Peyghambarian, S.W. Koch, and A. Mysyrowicz,
Introduction to Semiconductor Optics (Prentice Hall,
1993),
http://www.amazon.co.uk/Introduction-Semiconductor-Prentice-Physical-Electronics/dp/0136389902/