【doc】R面、C面蓝宝石上生长的InGaN多支量子点的发光性质研究

【doc】R面、C面蓝宝石上生长的InGaN多支量子点的发光性质研究 面、面蓝石上生蓝的宝多支量子RCInGaN 点的蓝光性蓝究研 第卷第期3l5 年月20O2l0 人工晶体 蓝JOURNALOFnCCRY'AIS Vo1.31No. 5 October.20o2 面面蓝石上生蓝的宝,CInGaN 多蓝量子点的蓝光性蓝究研 李昱峰蓝振蓝培德王占国,,, 中科院半蓝究所半蓝材料科重点蓝蓝室国学体研体学北京(,lOOO~)摘要采用面蓝化和低生蓝在蓝石温宝面即面和蓝石宝面即:MI(00O1)(C)(1l02)(R面上形成了)InGaN 量子点并构构成了蓝量子点的多蓝蓝原子力蓝微蓝蓝蓝的蓝果表明蓝蓝量子点平均,.InGaN蓝蓝高蓝40nm, 而多蓝量子点上蓝的量子点蓝比蓝蓝的量子点大面蓝石蓝底上生蓝的宝15nm;InGaN.R 量子点和面蓝In(aNC 宝石蓝底上生蓝的量子点相比其蓝不蓝强度高而且有多峰蓝没构蓝是由于在面蓝,PL,.c宝石蓝底上生 蓝的多蓝量子点沿生蓝方向存在蓝强的建蓝蓝内而在面蓝石蓝底宝InGaN/GaN[0001],R上得到的多蓝量子点沿 着生蓝方向有建蓝蓝内量子点蓝光致蓝光温蓝究蓝蓝量子点相蓝的峰研[1120]~.InGaN(PL)有快速蓝移蓝象, 蓝是量子点系蓝所特有的蓝特征用在面蓝石上生蓝的宝量子点作有源蓝PL.RInGaN 有望避免建蓝蓝的影内 响得到高量子效率且蓝光波蓝蓝定的蓝光器件,. 蓝蓝蓝量子点:InGaN;;MOCVD 中蓝分蓝号文蓝蓝蓝献文章蓝号:TN304:A:l0o985x(20o2)05.0451-05 LuminescenceProperties QuantumDotsGrownonRand ofMulti-layersInGaN CSapphirebyaNewMethod L/Yu-feng,CHENZhen,HANPei-de,WANGZtmn-guo 如(KeyI|lb? 0fSemiconductorMaterialsScience,lnstltueofSemieonduetom,ChineseAcademy0fSciences,Bi1g100083,China) (Reo~dl8May2002)' Ah6311'llct,.Surfsl2~passivationandlowtemperatureMOCVDwereusedtoinducethegrowthofIhGaNquantum 一dots(QDs)on(0001)sapphire(c—plane)and(1102)sapphire(R—plane),andmultiersInGaNquantum dotsstructurewasfabricated.Theresultsofatomicforcemicroscopy(ArM)testsrevealedthatmonolayerQDs wereabout40nmwideand15nmhighwhiletheQDsonupperlayerwouldgrowbigger.Thephotoluminescence intensityofmulti— hyer~QDsgrownonRsapphirewasstrongerthanthatgrownonCsapphire,andtherewssn'tanadditionalpeakonPLspectrumofmulti— layersQDsgrownonRsapphirecomparedwiththatgrownon'C sapphire.Itcouldbeexplainedthattherewasastrongbuilt— inelectricfieldalongthegrowthorientationinthe multi—?hyer~QDsonCsapphirewhilenobuilt—? inelectricfieldalongthegrowthorientationinthemulti??hyer~ QDsgrownonRsapphire.TemperaturedependentPLstudiesrevealedfastredshiftofthepea kenergyrelevant 娼toInGaNQDs,whichw thecharacterofQDss~tem.AdoptingInGaNQDsonRsapphireastheactivelayer shouldbeamethodtoavoidtheeffectofbuilt-inelectricfieldandgetthelightemissiondeviceswithhigh quantumefficiencyandstableemissionwavelength. Keywords:InGaN;quantumdots;MOCVD收稿日期:2002-05.18 基金蓝目国学家自然科基金以及家重点基蓝究蓝蓝蓝蓝国研:(N0.600860o1) 蓝助蓝目(N0.G20000683) 作者蓝介李昱峰男江西省人蓝士究生研:(1976-),,,. 人工晶第体卷4523l 引言1 理蓝上以量子点蓝有源的激光器区其蓝点有蓝低的蓝蓝蓝流密度蓝高的蓝制速率窄的,,:,,激射蓝蓝 蓝蓝和更小的蓝蓝蓝流密度度特性温最早的量子点是用掩膜后光刻的得到的I1J. 但是蓝蓝方法最3J, 大的蓝蓝在于由于掩膜蓝程蓝的蓝蓝以及蓝形蓝蓝分辨率不高来生蓝量子点的一蓝方法就另. 是利用各蓝 平面比如高指面数形槽等直接生蓝蓝有一蓝泛使用的方法是使用表面广,I4],VI5. 活化蓝或抗表面活化 蓝最新蓝展的一蓝方法是按照模式自蓝生蓝量子点装所得到的量子点有好的很J.S-K, 光性能学. 基半蓝因其特的物理性蓝以及蓝用于高亮度蓝光二管的蓝前景而得到人体独极广GaN 蓝的高度重蓝和泛广 研究至于生蓝基量子点的方法蓝主要有用金有机物化相蓝属学气沉.GaN: (metalorganicchemicalvapor 蓝称蓝蓝性生蓝量子点用分子束外延deposition,MOc,)InGaN;(molecularbeamepitaxy, 蓝称以MBE)S-K 模式生蓝基自蓝量子点装用或者作抗表面活化蓝佗生蓝或GaNI1..;SiIIl1InGaN 量子点等等但是蓝GaN, 些方法都各有蓝缺点掩膜加刻蓝的蓝蓝性方法得到的量子点密度不蓝高以模式:;S-K生蓝量子点蓝InGaN 蓝蓝要求比蓝高用抗表面活化蓝的方法得到的量子点密度也不蓝高本文用新方法生蓝;. 量子点以InGaN, 蓝蓝在蓝些方面有一些突破. 我蓝在蓝蓝上蓝展了一蓝生蓝多蓝量子点的新方法并用原子力蓝微蓝蓝多MOCVDInGaN,蓝量InGaN 子点的表面微蓝形貌蓝行了蓝蓝在蓝蓝多蓝量子点蓝光致蓝光温.InGaN/GaN 蓝称(photoluminescence,PL) 蓝的究中研我蓝首次蓝察蓝强的零蓝特征蓝一步蓝明了蓝量子点系蓝中存在量子局域化,, 效蓝. 蓝蓝2 生蓝化物所用到的氮源分蓝蓝和蓝蓝蓝蓝气气其流量Ga,In,NTMGa,EDMInNI-I3,H2,分蓝蓝15.3SCCM 蓝准立方厘米每分蓝和圳蓝准升每分(),58SCCM3S(). 尺面和面蓝石上生蓝多蓝量子点的步蓝如下宝C: 在蓝石蓝底上生蓝常蓝的宝薄膜分蓝用三蓝乙蓝丙蓝乙醇洗清面蓝石宝用(1)GaN.,,C,H2so,: 将其煮沸在下用蓝其腐蓝然后用去子水离o3(1:1),200~CH3P04:H2so,(1:3)20rain.,冲洗干蓝并用蓝, 外烘干表面灯烤最后将其放入反蓝室用步法生蓝一蓝常蓝的高两温薄膜即在.,,GaN., 下气1050?H2 氛烤宝中烘蓝蓝石蓝底蓝接着在气氛氮下化然后在下生蓝一20rain;NI-I33min;550?蓝蓝厚的低温50nmGaN 蓝蓝冲再升至温生蓝蓝厚的一蓝薄膜;1050~C,1.2tmaGaN. 蓝化薄膜将上述的蓝品在空中暴露气使得表面被空气(2)G.GaN/A120324h,GaN中的蓝化氧. 生蓝低温蓝依次用超波水浴声三蓝乙蓝丙蓝乙醇洗蓝蓝化的清薄膜以去(3)GaN.,,,GaN, 掉表面残 留的蓝化合物碳用蓝腐蓝去除沾蓝然后用去子水洗干蓝离冲最后烘干送,:H2so,(1:1),.,人反MOCVD 蓝室在蓝中气气氛下烘烤然后在下的蓝中淀蓝薄的一蓝气气氛很.550"C20min.,550? 的低温GaN.NI-I3 和的流量均蓝H23Slam. 生蓝量子点将炉温升至并气氛切蓝蓝境在蓝定的气氛下短蓝蓝通(4)InGaN.850,?,N2,入和NI-I3 以及得到量子点,IMGaEDMIn,InGaN. 在下淀蓝一定厚度的作盖帽蓝(5)850?GaN. 以和相同的再生蓝参数个周期的(6)(4),(5)3IIlGaN,GaN.蓝品是蓝蓝前步蓝得到的面蓝石上的蓝蓝宝量子点蓝品和蓝品都是蓝蓝A4CInGaN.BC上述的 全部个步蓝得到的蓝量子点其中蓝品的蓝底是面蓝石宝蓝品64IIlGaN,GaN.BC,C的蓝底是尺面蓝宝 石即蓝品蓝蓝量子点蓝品蓝蓝量子点蓝.B4(0001)IIlGaN,G{IN,C4(1120)IIlGaN,GaN.品是面蓝宝DC 石蓝底在完成步蓝后不蓝步蓝而直接蓝蓝步蓝后得到的蓝品即温在新蓝的高表123,GaN面不蓝蓝化蓝 理而直接生蓝的低温用于通蓝其表面形貌的原子力蓝微蓝蓝察蓝果分析蓝化工蓝蓝蓝CaN, 品表面的影响. 第期李昱峰等面面蓝石上生蓝的宝多蓝量子点的蓝光性蓝究研5:R,CInGaN453通蓝用原子力蓝微蓝蓝各蓝品的表面形貌蓝行蓝察蓝蓝品和做了光致蓝光蓝蓝并蓝蓝行.BC,B了 蓝光致蓝光蓝蓝温光致蓝光蓝蓝中的激蓝光源蓝的激光中心波蓝蓝.25IW?He—Cd,325m.蓝果及分析3 蓝和分蓝蓝蓝品和蓝原子力蓝微蓝蓝察到的表面形貌I,23A,BD. 咖Fig.IlpIl0l0ofsampleA(byM).2emorphologyofsampleB(byAFM) 蓝.3SurfacemorphologyofD(M) 由蓝可蓝蓝品表面分布着蓝蓝高蓝的点其密度蓝蓝由1,A40rim,15rimInG~q,6×10mcm.蓝可2 蓝蓝品表面分布着蓝蓝高蓝的点其密度蓝蓝由此,B80rim,15rimInG~q,1.6×10mcm-2.可蓝多蓝,InGaN 量子点上蓝的量子点大小比蓝蓝的量子点要大IIlGaNIIlGaN. 量子点生蓝蓝程需要引入三蓝生蓝模式人蓝通常通蓝蓝蓝法两来数降低表面蓝散系以蓝蓝之, 第_l. 一 蓝蓝法是提高表面原子移蓝蓝迁表面蓝化可以蓝蓝蓝一目蓝第二蓝蓝法是低温蓝一方法不蓝..,适用 于量子点生蓝也适用于其他材料系蓝而蓝化的效果可以通蓝蓝品的表面InGaN,J.D形貌分来析如蓝, 蓝得注意的是蓝品的表面吸附原子集中在凹坑周蓝其原因是蓝生蓝的高温3.,D.,GaN表面新蓝而有活 性因此表面原子移蓝蓝蓝低迁被吸附的原子容易迁——移到系蓝能量最低的地方也就,, 是蓝些凹坑的蓝 蓝故蓝化后表面原子不容易蓝蓝移迁即迁提高了表面原子移蓝蓝.,. 蓝蓝蓝品和的室光致蓝光蓝温4BC. 蓝品和的室温蓝蓝蓝蓝果如蓝所示蓝中最重要的信息是蓝品有两个蓝BCPL4.4BPL峰号峰:1 峰位蓝号峰蓝得多峰位蓝蓝中蓝品只有一峰个峰位蓝我蓝3.23eV;2,2.74eV.4C,2.98eV.蓝蓝蓝品,B 的号峰和蓝品中蓝峰蓝蓝韵量子点的激蓝蓝蓝品的号峰和蓝品的蓝峰相1CInGaN.BIC比有一反个, 常的蓝移蓝是因蓝在尺面和面蓝石蓝底和在其上生蓝的宝外延蓝有不同的晶格,CCaN失配蓝蓝致将,InC,aN 人工晶第体卷45431 Ener~/eV 明呻Fig.4PLspectraofsampleBandle 日啊咖Cat1m 有不同的含量以及量子点蓝的构异差蓝中一重要的另个信息是蓝晶的蓝hI.4:CPL强度比蓝晶高一B 个数量蓝蓝蓝象都两个可以解蓝蓝在蓝蓝蓝蓝的构氮?族化物方向存在由自蓝化极.:[0001]和蓝蓝蓝蓝 致的建蓝蓝内而蓝蓝蓝相六方基材料空蓝点蓝于属群任何垂直予的IGaN6r~,n,Cooo1]方向例如方,[1l] 向象蓝品那蓝不存在蓝蓝蓝因此沿方向生蓝的蓝品的能蓝曲蓝不受内建蓝蓝的影,C,.[1l?]C 响而蓝, 品的能蓝曲蓝受到建蓝蓝的大影内很响由于所蓝的量子限制斯塔克效即B.~(QCSE),量子的能蓝因阱内 建蓝蓝而蓝生蓝斜有建蓝蓝的量子点比内内迁无建蓝蓝的量子点的蓝能小因此量子限制,.,斯塔克效蓝蓝 致蓝品中量子点的基蓝峰位蓝生明蓝的蓝移移至蓝并且蓝蓝此外量子限BhN(2.74ev),.,制斯塔克 效蓝也蓝致蓝品中蓝子和空穴空蓝分离大大降低了蓝合效率故蓝品的蓝强度比蓝B,.BPL品弱很多C. 蓝蓝蓝品的蓝光致蓝光蓝温窒温下的蓝的峰其中方点蓝蓝蓝数据平行的蓝两条5B(3.23ev),,蓝低 温段下和高温段以上用公式蓝合的曲蓝(50—60K)(160K)Vm~fini. 船Ta,er/K 吐.5TemperaturedepeIlderPLpeakenerSyofB 蓝所示蓝蓝品的号峰的峰位能量一度温曲蓝由此蓝可以看出在低于的5B1().:5060K低温段和 高于的高温段峰位能量一度的温曲蓝可用公式蓝合在者两之蓝的中160K,Varshini;温段峰位能量度随温, 升高而下降的速度比用公式蓝合蓝出的下降速度高倍蓝似的蓝象在Varsh/n/6.InAs量子点系蓝中也曾蓝 被蓝察到中温随温段峰位度升高蓝移速度反常增大可以解蓝蓝当覆盖率足蓝.:h?GaN高的蓝候有可. 能蓝生量子点的合耦而度升高蓝温蓝量子点蓝流子的波个内数函可能蓝展穿透到蓝,,,近的量子点而量. 子点的大小不完全均匀小的点能蓝高大的点能蓝低在低温温段和高段光致蓝光蓝,,.,分蓝由小点和大点 的蓝光占主蓝地位因此在低温温段和高段均符合公式而在中温段当温度.,Varshln/;,升高的蓝候由于蓝. 第期李昱峰等面面蓝石上生蓝的宝多蓝量子点的蓝光性蓝究研5:R,ChN455一 声子相互作用的增强耦将合和弛豫效蓝增强光生蓝流子高能蓝蓝至低能蓝从迁从而,,,蓝致激子能量的 快速蓝移蓝温曲蓝中温很段存在快速蓝移蓝一蓝象蓝一步蓝明在量子点系蓝中存在强.PL 的零蓝特性同, 蓝蓝也蓝明新方法成功地生蓝出了量子点,InGaI~l. 蓝蓝4 根据低和温迁提高表面原子移蓝蓝能蓝生三蓝生蓝模式的原理采用一蓝新方法生蓝了,多蓝(0001) 和量子点受内响建蓝蓝影的量子点其蓝强hlGaN,(0001)o3(11)GaN,(1)o3.InGaNPL度低并, 且峰位蓝移故内响氮极建蓝蓝大大影了化物蓝光二管的蓝光性能避免建蓝蓝影的内响..一方法是在个 面蓝石上生蓝宝氮化物蓝蓝蓝光二管蓝使用化物用极氮并量子点作蓝有源蓝(11).InGaN可望得到高量 子效率且波蓝蓝定的蓝光器件. 致蓝在蓝文的作和蓝蓝蓝程中写刘祥林老蓝蓝大成老蓝王蓝蓝老蓝和汪度老蓝都蓝以了大很.,, 的助帮在此一表并示感蓝,! - ?考文献 l 2 3 4 5 6 7 8 蓝咖蓝哪搠嘲聃雕一Anlk&wliY,S/Itald1t.1~lulttdinmilalQImWalldTlDlI'0B西蓝由Ira1l_I.aldQ?,..Phr,./Ja.?1962-40(11);939 嘲舶蓝蓝娜髓Yariv^.UlIiLimit1'IQIIWallG.AL^I..Phr,./Ja..1988.?(2)l矗—麟蓝啊喇山蓝啊|dM^,B-.RT,._II|IQliC4AI-AIGa/ulMIIlliplBQ?mData..,..,jlIrI.日蓝晤.l?4(1)l3s8 啊蓝孵蓝麟叫伽咖爆月R.NN,tIL,.s|.IduQmh,u-wt~Strl~um1)izlotlyQnl'lillh-!~sull-l..j.?1992?BII61 蓝 麟肛硼啊血岫K??E.WqDW,Wllti~W,.1.-dil?-lQlmCn,falmmtinMultipleQIl ImWlzebyOMCY1)Qnv.1M~ 蓝柳sIlh.sw/"...1998.(1.3)l,93 叩咖鼬螂CdM.RMC,_E.RM.int~,~owth...,l?l632 麟脯rm1t,.imam13hmluminme~QIIlmIml~alxlomd?.../Ja.- 1998.73(14):1736 咖蜀?蓝蓝嘲曩脚dD._?—M,RCM,Db-ISP.Pl 如PM.Iec'l~amllan~tQu,m,-,imiDa"?mIJni~na~Aha~tlJlmllafk?瞄脚G.^-'..,..,l998.63(23).3~113' 蓝帆岫咖糟脯蓝蓝叩9'l'l~hil3auK,somT,S.:Y.seIve~,~owthafbG-NQIlImDotstmandl柚衄蓝嘲?'oI-atRoom 脚,ru..,..,200o.76(22):3'212 Il 逋棚曩n-nB,Wid-mF,l~euilletG,s|?IY,^dyM-llouvi~reJL.Strr,Jki? 由蓝Knmmv~,~owthModelIingtheMoleoalarBlt_0frashly 曲脚鼬舅shc-N.,..,1997,IB:7069 脯她蓝.1wai,Ii.semt-ua,l~c.NQl,1wallutm?C,a1.NU8..... 多l9%._(2I5):..0 岫岫啦J.H?M,I,iP,QISJ.semt-mub~QIIImDotsGrownby?talChemicalVaporDepo?withIndium118the田脚蓝^ti|II_..?,..,2lD,?(3).485 哪哪蓝Qz,hIDC,Y!tR.HmP,1.iuXL.UYF,w 蓝皿gX1t.hIY.wzG.ANewMothodtol~81rlcateQIIhDotsGrownby 蓝啦蓝talChmloalVaporDepo..,.D,l,2lD.23S:188 曲蓝MRtiCeJdainA,MinimJ.S~rainb21)-31)Gl?Mode"rruili~inMoleoalarBit|xy0fIndiumGalliumArmide?c_nimh..1eni&.『赫.,.0,ll.G,l99l.l":693. 蓝哪丑嘲咄蓝硼ZY.hIZD,YgXP,YZL,gBZ.JZ.GewK,w,wgJ.aIgLL_C.,lllml~"ReI,BxalJQI1midThnnmlAefivati~0fIocslh~ 妯蓝蓝腑]F.,x~lolminS,tt-q,mlmth^|Grown?G.^-sqte.....l9%.B54.11528