Optimale siliciumdoteringslagen van kwantumbarrières in de groeireeks die een zacht opsluitingspotentieel vormen van acht-periode In0.2Ga0.8N/GaN Quantum Wells of Blue LED's

Resultaten en discussie

Figuur 2 geeft de PL-spectra weer van monsters bij verschillende temperaturen van 10 tot 300 K. De monotone afname van de PL-piekintensiteit met de toename van de temperatuur kan worden waargenomen. Dit komt voort uit de toename van het niet-radiatieve recombinatieproces met de toename van de temperatuur. Alle PL-spectrale profielen worden aangepast door Gauss-lijnvormfuncties om de variaties van maximale maximale energie met temperatuur te vinden, zoals aangetoond in Fig. 3. De emissiepiek maximale energie van PL voor de ongedoteerde In_0,2 Ga_0.8 N/GaN QW's is 2,68 eV bij kamertemperatuur. Dit betekent dat PL-piekenergieën van monsters met de eerste twee tot vijf QB's met Si-doping een blauwe verschuiving vertonen wanneer deze wordt vergeleken met de niet-gedoteerde. De eerste twee tot vijf QB's met Si-doping kunnen de QCSE in QW's effectief verlagen. Er moet op worden gewezen dat het gebruik van PSS's en SRL's in de structuren van epilagen het deel van het piëzo-elektrische (PZ) veld en de QCSE in In_0.2 kan verminderen. Ga_0.8 N/GaN QW's.

Temperatuurafhankelijke PL-spectra van monsters bij verschillende temperaturen van 10 tot 300 K

Variaties van PL maximale maximale energie versus temperatuur van monsters. De best passende krommen die de Varshni-vergelijking gebruiken, worden weergegeven in dikke en zwarte ononderbroken lijnen

In Fig. 3 kunnen variaties van de maximale energie van de PL-piek versus de temperatuur die S-vormige curven van alle monsters vertonen, worden weergegeven. De S-vormige curven geven eerst rood weer, dan blauw en vervolgens roodverschuiving met de toename van de temperatuur. Dit gedrag wordt toegeschreven aan temperatuurafhankelijke collectieve luminescentie van sterke gelokaliseerde excitonen in QW's. De hieronder getoonde empirische vergelijking van Varshni kan worden gebruikt om het bereik van blauw naar rood verschuiving van de S-vorm variaties [19,20,21] te passen.

waar E _g (0), α , β , en σ zijn de montageparameters. E _g (0) is de bandgap-energie van QW bij de absolute temperatuur 0 K. α en β zijn de thermische coëfficiënten die materiaalafhankelijke parameters zijn. σ is de Gaussiaanse verbredingsparameter en weerspiegelt fysiek de mate van thermische distributie van dragers binnen de in de bandstaart gelokaliseerde toestanden. De tweede term in Vgl. (1) geeft aan dat de bandafstand-energie van halfgeleiders de neiging heeft af te nemen met toenemende temperatuur en het staat bekend als de energiekloofkrimp vanwege de toename van de amplitude van atomaire trillingen. De derde term wordt gebruikt om de mate van dragerlokalisatie met temperatuur te karakteriseren onder de aanname van niet-ontaarde dragerdistributie en Gauss-achtige gelokaliseerde toestandsdichtheid. Sterke lokalisatie van dragers is een cruciaal aspect bij het realiseren van de toename van stralingsrecombinatie en IQE in InGaN QW's vanwege de verbetering van de overlap tussen elektron- en gatgolffuncties. De Varshni-vergelijking is niet toepasbaar in het bereik van roodverschuiving van PL-piekenergie bij lage temperatuur, vanwege de sterke degeneratie in de distributie van dragers. De best passende resultaten van monsters worden geïllustreerd in dikke en zwarte effen curven in Fig. 3. De lokalisatie-energie van monsters A, B, C en D is respectievelijk 24, 28, 41 en 13 meV. Monster C heeft de grootste lokalisatie-energie, σ (41 meV). Lokalisatie van de drager in de QW's met vier Si-gedoteerde QB's is sterker dan de andere. De kleinste lokalisatie-energie (σ ) gebeurt in monster D met de waarde 13 meV.

Stroom-spanning (I -V ) kenmerken onder voorwaartse en achterwaartse voorspanning van blauwe LED's worden getoond in Fig. 4. In deze afbeelding zijn de inschakelspanningen voor monsters A, B, C en D 3,41, 3,47, 3,27 en 4,03 V bij de voorwaartse stroom respectievelijk 20 mA. De doorslagspanningen voor monsters A, B, C en D zijn respectievelijk -8,85, -9,99, -6,77 en -11,55 V bij de tegenstroom van 1 A. Monster C heeft de kleinste in- en doorslagspanningen. Monster D heeft de grootste in- en doorslagspanningen. Dienovereenkomstig wordt een lagere barrièrehoogte van QB's gesuggereerd in monster C. Een zacht (glad) beperkend potentieel van QW's wordt verwacht in het monster waarbij de eerste vier QB's Si-doping hebben. Het profiel van een zacht opsluitingspotentieel houdt in dat geleidings- en valentieband-offsets van QW's niet worden beschouwd als scherpe stapfuncties, d.w.z. niet rechthoekig beperkend potentieel. Gladde beperkende potentialen kunnen de Auger-recombinatie in hoge mate onderdrukken en accumulatie van veel dragers in de eerste paar putten in de injectierichting van InGaN/GaN QW's voorkomen [22,23,24]. Een soepel beperkend potentieel kan ook worden bereikt door een lineaire afname van de In-samenstelling langs de groeirichting van InGaN/GaN QW's. Dit kan een betere spreiding van dragers over QW's en transport van gaten hebben, wat resulteert in een verbetering van de snelle daling van EQE en lichtuitvoervermogen [25,26,27,28,29,30].

Stroom-spanning (I -V ) krommen onder voorwaartse en omgekeerde vooroordelen van diodes

Afbeelding 5 toont de metingen van het lichtopbrengstvermogen (P _uit ) van LED's versus injectiestroom (L -Ik ) curve van 0 tot 300 mA door een chiptester. De toename van de P _uit met de verhoging van de injectiestroom van L -Ik bochten kunnen worden waargenomen. De hoogste en de laagste P _uit voor hoge injectiestroom worden respectievelijk getoond in monsters C en D. Verzadigingen van P _uit bij de injectiestroom wordt 300 mA weergegeven in alle monsters behalve voor monster C. Verzadigingseffect van P _uit wordt verwezen naar de stroom die over de QW's stroomt. Hoe minder stroom de QW's overstroomt, vindt plaats in het zachte opsluitingspotentieel van QW's en sterke dragerlokalisatie binnen het QW-monster. Een betere spreiding van dragers over acht QW's en sterke stralingsrecombinatie van dragers binnen QW's worden weergegeven in het monster met vier QB's die Si-doping bevatten.

Uitgangsvermogen licht (P _uit ) versus injectiestroom (L -Ik ) curven van 0 tot 300 mA diodes

De donkerveld-, helderveld- en vergrote helderveldbeelden van transversale transmissie-elektronenmicroscoop met hoge resolutie (HRTEM) van monsters worden getoond in Fig. 6, 7 en 8. In Fig. 6 komen heldere en donkere contrasten overeen met InGaN- en GaN-epillagen. Acht perioden van QW's en 20 paar superroosters kunnen worden waargenomen. In Fig. 7 vertegenwoordigen donkere contrastvariaties de fluctuaties van lokale In-inhoud en vorming van indiumrijke clusters in QW's [31,32,33,34]. Indiumrijke clusters fungeren als relatief diepe gelokaliseerde toestanden van dragers, wat leidt tot hoge stralingsexcitonische recombinatie. Rond deze indiumrijke clusters worden roostervervorming en stapelfoutdefecten opgemerkt, wat aangeeft dat de spanningsenergie gedeeltelijk ontspande in de InGaN-laag, zoals weergegeven in de ingezoomde afbeelding van het rode vierkant in figuur 8a. Vergeleken met de vergrote helderveldbeelden, worden meer diffuse (niet abrupte) interfaces van QW's in monsters C en D gezien zoals getoond in Fig. 8c, d. Het middel is afkomstig van de bekende interdiffusie van In- en Ga-atomen op het grensvlak tussen put en barrière. Zeer zwakke opsluiting en dragerlokalisatie van QW's vond plaats in monster D, wat in overeenstemming is met het slechtste opto-elektronische gedrag van dit monster. In de afbeeldingen vormen zich niet in alle monsters threading dislocaties (TD's). NRC's komen voornamelijk voor op TD-sites. In deze monsters wordt een betere kwaliteit van epilagen aangetoond, zoals verwacht door het gebruik van PSS's en SRL's [35,36,37]. Vier QB's met Si-doping in QW's van acht perioden zijn de gunstige voorwaarde om het opsluitingspotentieel te wijzigen om een ​​zacht opsluitingspotentieel van InGaN/GaN QW's te bereiken, wat leidt tot de beste opto-elektronische prestaties van blauwe LED.

Donkerveldbeelden van de monsters. een Voorbeeld A. b Voorbeeld B. c Voorbeeld C. d Voorbeeld D

Helderveldbeelden van de monsters. een Voorbeeld A. b Voorbeeld B. c Voorbeeld C. d Voorbeeld D

Vergrote helderveldbeelden van de monsters. een Voorbeeld A. b Voorbeeld B. c Voorbeeld C. d Voorbeeld D