InGaN光致发光性质与温度的关系

InGaN光致发光性质与温度的关系!))*’!))*=国家自然科学基金资助项目合同号?@AA)@))!B&樊志军女’*A@C年出生’从事半导体材料测试工作&!)))D)D)*收到’!)))D)CD!!定稿EF!))*中国电子学会GHIJK光致发光性质与温度的关系=樊志军刘祥林万寿科王占国中国科学院半导体研究所半导体材料开放实验室’北京*)))CLB摘要?分析了用金属有机物气相外延方法71#M.B在蓝宝石衬底上生长的铟镓氮-NO:(B的光致发光M5B性质&发现在PQRS至L))S范围内’随着温度升高’-NO:(带边辐射向低能方向移动’峰值变化基本符合#:TUVNW经验公式X同时-NO:(发光强度虽有所衰减’但比O:(衰减程度小’分析了导致O:(和-NO:(光致发光减弱的可能因素&关键词?-NO:(X变温X光致发光YZ[[?RCP)XRC@XC**)\中图分类号?9(L)PQ!]@文献标识码?4文章编号?)!LDP*RR!))*B)D)@AD)P^引言近年来氮化镓O:(B蓝_绿色超高亮度发光二极管的商品化生产和蓝紫光激光器的问世‘*a被认为是半导体光电子器件的重大突破’标志着半导体发光器件已进入有重要应用前景的紫_蓝_绿光领域’市场前景广阔&然而’对O:(材料系’器件的发展优先于理论’人们目前的主要努力方向为怎样获得高质量的O:(基材料和器件&陆大成等‘!a对金属有机物气相外延71#M.B方法生长六方相-NO:(的热力学做了深入的研究’李顺峰等‘La也报道了制备出高质量的立方相-NO:(&这些研究工作主要是针对怎样获得高质量的-NO:(材料的’而对材料本身的物理性质研究较少&尽管超高亮度的发光二极管和激光器都已问世’但对其中有源区发光层B材料-NO:(的发光特性研究还很不充分&针对这一情况’我们对-NO:(的发光性质作了初步的研究&通过变温M5测量’发现在PQRbL))S温度范围’随着温度升高’-NO:(的带边辐射峰值红移’并且发光强度有所减弱’但比O:(在同样条件下发光强度减弱程度小得多&本文将详细报道这一结果&c实验实验所用的O:(样品4B和-NO:(样品\和+B是用71#M.方法生长得到的&O:(样品的制备过程如下?在蓝宝石衬底上先生长约!)Nd的O:(缓冲层’生长温度为)e’然后经过适当的退火过程’再生长约*fd厚的O:(层’生长温度*)L)e&-NO:(样品的制备过程为?先生长*fd厚的O:(层’生长程序与O:(样品完全一样’然后生长约)Q!fd厚的-NO:(层’生长温度为C))e&样品制备所需的源为三甲基镓_三甲基铟和氨气&用霍尔方法测量’O:(样品和-NO:(样品都是N型’O:(的室温电子浓度在g*)*@FdhL以下’而-NDO:(的室温电子浓度在*g*)*CFdhL以下&M5实验所需的激发源为L!Nd’L)di的氦镉激光’激光经斩波器斩波’打在被测样品表面’用单色仪分光’用光电倍增管探测’用锁相放大器同时接收斩波器的参考信号和探测器信号B将信号放大’最后用计算机采样’记录并输出&j结果和讨论图*:B_kB_FB分别为样品4_\_+在几个典万方数据型温度下的!谱#由于在所测的温度范围内$样品%的!谱强度变化达&个数量级以上$于是图’()*的纵坐标采用常用对数坐标+而样品,-.的!谱强度变化较小$图’(/*-(0*的纵坐标仍采用线性坐标$这样读图更清楚#在室温(&123*下$这三个!谱的峰值波长分别为24&-511和6’’78$半高宽分别为19:-6694和459178#这些都是对应不同材料的带边辐射#用;射线双晶衍射并假设决定其禁带宽度$随着禁带宽度变小$!谱向长波移动$所以样品%-,-.的!峰值波长逐渐递增#另外$随着(#,)7C.样品WA(Z*]@?\](’Z[5@?a3[’*_]3%2#5b4:#64&Z,ᡯ#64ZZ.:b5#54ZZe分别为样品%-,-.实验测量数据#F+cde$cfe$ce)B@MQ8IJLMKJBIT@@jH@BR8@7I)LC)I)JKM)8HL@%$,$.$B@iMH@0IRO@LQ#Z:6半导体学报&&卷万方数据图!显示出样品#$#%的发光强度与温度的变化关系&其中发光强度为积分强度’即()谱中()信号对波长进行积分’并用探测器的探测灵敏度进行归一化&由图!可见’样品的发光强度随温度变化敏感’当温度在*+,-./0范围内更是如此&在*+,0-室温的温度范围内’样品的发光1相对2强度从33/下降至3+*!’下降了近4/倍5而样品$和%的发光强度分别从36下降到*+6’和3*+*9分别为样品#$#%实验测量数据’实线只是为读图方便&;&下降到*+/’两者都只下降了!-*倍&在VW./0时’样品$#%的发光效率比样品高’在室温下样品$#%的发光效率为样品的!-*倍&因为大部分发光器件工作在室温条件下’所以随温度增加’=MX的发光效率急剧下降’这是由于与温度相关的非辐射复合增加的原故&非辐射复合主要包括多声子发射和俄歇复合两种情况&我们认为’俄歇复合不是非辐射复合的主体’原因如下Y因为俄歇复合为三粒子过程1两个电子加一个空穴或两个空穴加一个电子2’复合几率正比于Z[\或Z\[1其中Z#[分别为电子和空穴浓度2’所以俄歇复合只在大注入的情况下才显著&=MX激光器的注入强度至少比我们测量光致发光的注入强度大3-\个数量级’如果我们目前的俄歇复合就很显著’那么=MX激光器中俄歇复合将会非常严重’以致无法激射&因此我们认为=MX中多声子发射是非辐射复合的主要部分&对由于组分不均匀’在材料中总是存在富减少了多声子发射的几率&因此’_./0的情况下’样品$#%的发光效率比样品小’说明=MX样品的a结论我们用()方法’分析了经验公式’分析了导致]3^c&XMUMKNLMMAB=&;MEFP’JQ?$PN?)ME?LDFB?’c@LDAd?L’3ee,&]\^)fM‘CQ?AdMABfXcQN‘UNA’%QDA?E?gFNLAMPFGc?KD‘CFABNCHFLE’\///’hi1\2Y3/.-33*1DAjAdPDEQ2]陆大成’段树坤’半导体学报’\///’hi1\2Y3/.-33*^&]!^)’cfXmDMF‘PDAd’pX=kN‘HDMAMABnlX=cQN‘KDAd’%QD‘A?E?gFNLAMPFGc?KDCFABNCHFLE’\///’hi162Y.*4-..!1DA%QDA?E?2]李顺峰’杨辉’徐大鹏’赵德刚’孙小玲’王玉田’张书明’半导体学报’\///’hi162Y.*4-..!^&]*^p&cQMA’J&g&cCQKDBH’m&l&kMAd’c&g&lTMAd’g&g&cFAdMAB$&=FPB?AO?Ld’@@P&(QIE&)?HH&’3ee.’qqYe4.-e4,&].^k&(&bMLEQAD’(QIEDCM’3e6,’raY3*e-3.*&]6^c&%QDCQDON’J&sNQMHM’J&cFHMMABc&XMUMKNLM’@@P&(QIE&)?HH&’3ee6’qt’*344-*3e/&],^c&%QDCQNON’J&sNQMHM’J&cFHMMABc&XMUMKNLM’@@P&(QIE&)?HH&’3ee,’uv’\4\\-\4\*&3,..期樊志军等Y万方数据!#$%$&’()$*+,-.’/’0123$4&$&’$52#6+/16789:;QRSTUVSWUVXUYZ[\]^U_‘a^WUVbSW[V]ScdZ^][_^[Be_dW]WaW[UYZ[\]^U_‘a^WUVdBfg]_[d[h^S‘[\XUYZ^][_^[dBi[]j]_klmmmnoBfg]_Spqr4/6+&/stwLomm($tGAGI!,NO$-./’6%4sDAPG:0wNzuNvGw@vN0uq6/3&0)!sm53o%l’’Q5mmlpm3m326m%7|vL?N{wK@uuLvwNO~!:Gw=LAGI:Gw@vGIK{=NA{N8L@AOGw=LALy7$8N{N=NOl9G!5mmmBvN=xNOzGA@x{v=uwvN{N=NO559@H@xw5mmm:{5mmlt5’3半导体学报55卷万方数据