Люминесценция и разрушение гетероструктур на основе InGaN/GaN при облучении сильноточным электронным пучком

Введение …………………………………………………………………………………………………………. 5
Глава 1. Обзор литературы и постановка задач диссертационной работы … 13
1.1 Взаимодействие СЭП с полупроводниками и диэлектриками………………….. 14
1.2 Излучательная рекомбинация в квантовых ямах InGaN…………………………… 17
1.2.1 Модель идеальной квантовой ямы …………………………………………………….. 17
1.2.2 Хвосты плотности состояний в квантовых ямах InGaN ……………………… 19
1.2.3 Пьезоэлектрические поля в квантовых ямах InGaN …………………………… 20
1.2.4 Модель двумерной комбинированной плотности состояний ……………… 21
1.2.5 Модель двумерной донорно-акцепторной рекомбинации в квантовых
ямах InGaN/GaN ……………………………………………………………………………………….. 24
1.2.6 Стимулированная люминесценция и лазерная генерация в
гетероструктурах InGaN/GaN ……………………………………………………………………. 25
1.3 Деградация гетероструктур на основе InGaN/GaN ………………………………….. 27
1.3.1 Деградация светодиодных гетероструктур на основе InGaN/GaN ………. 28
1.3.2 Катастрофическая деградация лазерных гетероструктур на основе
InGaN/GaN ……………………………………………………………………………………………….. 37
Выводы по главе 1 ……………………………………………………………………………………….. 39
Глава 2. Исследуемые образцы и методика эксперимента………………………….. 41
2.1 Образцы для исследования …………………………………………………………………….. 41
2.1.1 Гетероструктуры на основе квантоворазмерной активной области
InGaN/GaN ……………………………………………………………………………………………….. 41
2.1.2 Эпитаксиальные слои GaN с разной плотностью дислокаций ……………. 43
2.2 Методика эксперимента …………………………………………………………………………. 44
2.2.1 Время-разрешённая люминесцентная спектрометрия ………………………… 44
2.2.2 Низкотемпературные измерения спектров КЛ …………………………………… 49
2.2.3 Измерение интегральных спектров люминесценции………………………….. 50
2.2.4 Измерение спектров возбуждения и ФЛ при облучении Xe-лампой …… 52
2.2.5 Измерение спектров пропускания……………………………………………………… 53
2.2.6 Фотографирование спектров КЛ гетероструктур ……………………………….. 53
2.2.7 Фоторегистрация пространственного распределения свечения по
поверхности образцов ………………………………………………………………………………. 54
Глава 3. Особенности люминесценции гетероструктур InGaN/GaN и
эпитаксиальных слоёв GaN при возбуждении СЭП ……………………………………. 56
3.1 Стимулированная КЛ в гетероструктурах на основе InGaN/GaN …………….. 56
3.2 Флуктуации спектральных и амплитудных характеристик стимулированной
КЛ в гетероструктурах InGaN/GaN ………………………………………………………………. 61
3.3 Низкотемпературная КЛ InGaN – квантовых ям и слоёв GaN ………………….. 64
3.4 Влияние уровня возбуждения на спектрально-кинетические характеристики
спонтанной люминесценции гетероструктур InGaN/GaN ……………………………… 66
3.5 Время-разрешённая люминесценция гетероструктур InGaN/GaN ……………. 71
3.6 Фотовозбуждение и фотолюминесценция гетероструктур InGaN/GaN…….. 73
3.7 Вклад излучения сапфировой подложки в спектр КЛ исследуемых
структур ………………………………………………………………………………………………………. 79
3.8 Влияние плотности дислокаций на люминесценцию эпитаксиальных
слоёв GaN ……………………………………………………………………………………………………. 83
3.9 Обсуждение особенностей излучательной рекомбинации в
гетероструктурах InGaN/GaN при возбуждении СЭП …………………………………… 87
Выводы по главе 3 ……………………………………………………………………………………….. 94
Глава 4. Разрушение гетероструктур InGaN/GaN и эпитаксиальных слоёв
GaN при возбуждении СЭП ………………………………………………………………………….. 96
4.1 Морфология разрушений в гетероструктурах InGaN/GaN ……………………….. 96
4.2 Морфология разрушений в эпитаксиальных слоях GaN ………………………… 104
4.3 Обсуждение механизмов разрушения структур на основе нитрида галлия
под действием СЭП……………………………………………………………………………………. 109
4.4 Способ диагностики электрических микронеоднородностей в
гетероструктурах на основе InGaN/GaN ……………………………………………………… 113
Выводы по главе 4 ……………………………………………………………………………………… 120
Глава 5. Взаимодействие люминесценции гетероструктур InGaN/GaN с
электронно-пучковыми разрушениями …………………………………………………….. 122
5.1 Пространственное распределение спонтанной люминесценции InGaN-КЯ
в образцах с электронно-пучковыми разрушениями …………………………………… 122
5.2 Пространственное распределение стимулированной люминесценции
InGaN-КЯ в образцах с электронно-пучковыми разрушениями …………………… 124
5.2.1 Локальные «зеркала» ………………………………………………………………………. 124
5.2.2 Дифракционные микроструктуры …………………………………………………… 127
Выводы по главе 5 ……………………………………………………………………………………… 131
Основные выводы ………………………………………………………………………………………. 133
Список сокращений и условных обозначений …………………………………………… 136
Список литературы…………………………………………………………………………………….. 137