Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

Pobieranie prezentacji. Proszę czekać

1 Od niebieskiego ku zielonemu - luminescencja w strukturach InGaN/GaN Justyna Szeszko Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej Instytut Wysokich Ciśnień

Podobne prezentacje


Prezentacja na temat: "1 Od niebieskiego ku zielonemu - luminescencja w strukturach InGaN/GaN Justyna Szeszko Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej Instytut Wysokich Ciśnień"— Zapis prezentacji:

1 1 Od niebieskiego ku zielonemu - luminescencja w strukturach InGaN/GaN Justyna Szeszko Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej Instytut Wysokich Ciśnień Unipress Polskiej Akademii Nauk Brenna,

2 2 Plan prezentacji Motywacja Eksperyment Badane próbki Metody pomiaru Wyniki pomiarów Symulacje MC Wnioski Luminescencja w strukturach InGaN/GaN

3 3 Motywacja Dlaczego struktury kwantowe InGaN/GaN?

4 4 Krótka historia niebieskiej rewolucji początek lat 90-tych GaN – egzotyczny półprzewodnik, black hole for time and money Obecnie niebieskie El Dorado 1992 – pierwsza niebieska dioda LED z InGaN 1996 – niebieska dioda laserowa by Shuji Nakamura, Nichia Sen o niebieskiej diodzie laserowej

5 5 Nie tylko niebieskie… zakres spektralny: od 0.7 eV (dla x=1) do 3.4 eV (dla x=0) długość fali: od 364 nm do 1770 nm In x Ga 1-x N

6 6 Zastosowania studnie kwantowe InGaN/GaN – obszary aktywne w niebieskich i zielonych laserach optyczne przechowywanie informacji drukowanie i kserografia wyświetlacze wysokiej rozdzielczości holografia

7 7 Zastosowania białe LED niebieskie i zielone LED Ref. [3]

8 8 Wyzwanie… np przerwa energetyczna InN: 0.77 eV zamiast 1.8 eV Jaka fizyka kryje się za komercyjnym sukcesem technologii azotkowej? J. Wu, W. Walukiewicz, K. M. Yu et al., Applied Physics Letters 80 (21), 3967 (2002)

9 9 optymalizacja mikrostruktury i własności optycznych wielostudni InGaN/GaN wydajne źródła światła fioletowego niebieskiego zielonego zwiększanie zawartości indu Prof. Tadeusz Suski G. Franssen, M. Kryśko, A. Khachapuridze, S. Grzanka, B.Łucznik, I.Grzegory, G.Kamler, G.Nowak, R.Czernecki, G.Targowski, M.Leszczyński Cel:

10 10 Badane zjawiska Fluktuacje atomów indu Mechanizmy rekombinacji promienistej i relaksacji termicznej Efekty lokalizacyjne Charakteryzacja strukturalna (XRD,AFM) Charakteryzacja optyczna RT, temperaturowa PL) Symulacje Monte Carlo (dynamika ekscytonów) Metody

11 11 Przygotowanie próbek Wzrost HVPE Orientacja – XRD Polerowanie mechaniczne Wytrawianie jonowe (RIE) Wzrost MOVPE

12 12 Próbki zdezorientowane podłoże HVPE GaN μm warstwy epitaksjalne MOVPE warstwa buforowa GaN 400nm InGaN cap 10nm } kierunek wzrostu warstwy i wielostudnie kwantowe InGaN wzrastane na zdezorientowanych podłożach GaN obszar aktywny - 3QW QW – In x Ga 1-x N 3nm QB – In x Ga 1-x N:Si 10nm } } InGaN:Si 30nm

13 13 Dlaczego podłoża zdezorientowane? kierunek wzrostu epitaksjalnego θ kąt dezorientacji [0001] stopnie monoatmowe Θ = 0.5°, 1.0 °, 2.0 ° dezorientacja: [0001] Θ wzrost poprzez płynięcie stopnie atomowych mniej defektów powierzchniowych struktura DICM, Ref. [8]

14 14 Dlaczego podłoża zdezorientowane? 0.02° 0.45° 0.35° własności optyczne własności elektryczne kontrola wbudowywania i segregacji atomów indu efektywniejsze domieszkowanie na typ p Ref. [9]

15 15 Charakteryzacja próbek Atomic Force Microscopy X-Ray Diffraction Mapy PL Temperaturowa PL Analiza wyników…

16 16 Charakteryzacja optyczna FWHM integrated intensity peak position Widma PL laser He-Cd 325 nm T = 10 K T = 300 K

17 17 Wyniki i wnioski

18 18 Wbudowywanie indu growth process growth temperature intentional In-content °C10% °C15% °C22% sample A sample C sample B

19 19 RT substratedisIn samle AHVPE0.5°22% samle BHVPE1.0°18% samle CHVPE2.0°13% samle Dbulk GaN0.7°23% samle Tsapphire0.5°22%

20 20 Temperaturowa PL

21 21 substratedis samle AHVPE0.5° samle BHVPE1.0° samle CHVPE2.0° samle Dbulk GaN0.7° samle Tsapphire0.5° Temp-PL

22 22 E Stokes Położenie piku PL, S – shape klasyczne półprzewodniki: półprzewodnki wykazujące nieporządek: efekty lokalizacyjne

23 23 Położenie piku PL redshiftblueshift redshift S – shape dis 0.5° 14 % In dis 2.0° 13 % In dis 2.0° 4.5 % In

24 24 Ekscyton Wanniera zlokalizowany w minimach potencjału CB VB electron hole Energy planar direction In-rich regions EgEg In-poor regions niejednorodny rozkład przestrzenny atomów indu fluktuacje potencjału

25 25 Symulacje Monte Carlo Hopping między stanami zlokalizowanymi Rekombinacja promienista vs n niezależnych ekscytonów w zbiorze N stanów zlokalizowanych dla danej temperatury T: dla każdego ekscytonu: Rozkład energii

26 26 Hopping ekscytonów parametry: EiEi EjEj R ij tunelowanie absorpcja fononu hopping up EjEj EiEi R ij tunelowanie hopping down emisja fononu

27 27 Wyniki symulacji Stokes shift

28 28 Szerokość połówkowa poszerzenie fononowe: fonony akustyczne fonony optyczne poszerzenie niejednorodne: fluktuacje szerokości studni fluktuacje składu

29 29 Intensywność PL centra rekombiancji niepromienistej: aktywacja termiczna EAEA

30 30 Energie aktywacji

31 31 Wnioski Proces wbudowywania atomów indu wrażliwy na morfologię powierzchni podłoża Ta sama zależność średniej zawartości indu od dezorientacji, niezależnie od temperatury wzrostu Znacząca rola efektów lokalizacyjnych w emisji światła, nawet w temperaturach pokojowych Jakościowe potwierdzenie wyników pomiarów przez symulacje hoppingu ekscytonów

32 32 Bibliografia [1] Low-dimensional Nitride Semiconductors, ed. by B.Gil (Oxford University Press, 2002) [2] Nitride Semiconductors and Devices, H.Morkoc (Springer, 1999) [3] Nitride Semiconductor Devices, ed. by J. Piprek (Wiley-VCH Verlag, 2007) [4] Hopping transport in solids, ed. M. Pollak (North Holand, 1991) [5] High Resolution X-Ray Diffractometry and Topography, D.K. Bowen and B.K. Tanner (Taylor & Francis, 1998) [6] M. Kryśko, G. Franssen, T.Suski, M. Albrecht, B.Łucznik, I. Grzegory, S.Krukowski, R.Czernecki, S.Grzanka, I.Makarowa, M.Leszczyński and P.Perlin, Appl. Phys. Lett. 91, (2007) [7] K. Kazlauskas, G. Tamulaitis, A. Zukauskas, M. A. Khan, J. W. Yang, J. Zhang, G. Simin, M. S. Sur, R. Gaska, Appl. Phys. Lett. 83, 3722 (2003) [8] A.R.A. Zauner, J.J. Schermer, W.J.P. van Enckevort, V. Kirilyuk, J.L. Weyher, I. Grzegory, P.R. Hageman, and P.K. Larsen, Physica Status Solidi B 216,649 – 654 [9] Sung-Nam Lee, H.S. Paek, J.K. Son, T. Sakong, E. Yoon, O.H. Nam, Y. Park, Physica B 376–377 (2006) 532–535

33 33 Dziękuję za uwagę

34 34 In x Ga 1-x N bandgap quantum levels in QWs QCSE exciton binding energy potential fluctuations compositon dependence:

35 35 α,βα,β - Varshnis coefficients temperature dependence: photoreflectance measurements Varshni fit linear interpolation from the values for GaN and InN In x Ga 1-x N bandgap

36 36 Comparison with MC simulation σ = 44 meV

37 37 Energia PL

38 38 Potential profile fluctuations localized states randomly distributed in space Gaussian DOS

39 39 What is actually localized? Wannier exciton planar direction E electron-hole pair donor-acceptor pair model

40 40 Full Width at Half Maximum σ – dispersion of the distribution of localized states Γ – temperature-independent inhomogeneous linewidth broadening Ref. [7] double-scaled potential

41 41 Indium incorporation disorientation angle terrace size Indium content step-bunching terrace higher In content step riser lower In content Z-contrast SEM, Ref. [6]

42 42 PL RT space between scans: 0.6mm

43 43 XRD spectra substrate peak zero-order peak satellite peaks average Indium content period of MQW 0002 reflection scan 2Θ/ω

44 44 X-Ray Diffraction ω 2Θ2Θ monochromator detector sample analyser tilt rotate crystallographic planes Θ ω incident beam diffracted beam samples surface disorientation angle strained or relaxed geometry experimental setup What information can we obtain?

45 45 Układ pomiarowy He-Cd laser 325 nm temperature microcontroller double monochromator CCD camera turbomolecular pump vacuum sensor wzbudzenie sample cryostat PC detekcja

46 46 Hopping dynamics Center-of-mass motion: Radiative recombination rate: - attempt-to-escape frequency - decay length of exciton wavefunction hopping down hopping up phonon-assisted tunneling rate between the localized states i and j (Miller-Abrahams formula) - exciton lifetime


Pobierz ppt "1 Od niebieskiego ku zielonemu - luminescencja w strukturach InGaN/GaN Justyna Szeszko Wydział Fizyki Politechniki Warszawskiej Instytut Wysokich Ciśnień"

Podobne prezentacje


Reklamy Google