Оптические свойства слоев и гетероструктур на основе нитридов III группы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

ггв о л

1 8 ДЕК 7Ш

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗЛКО-ТСХПИЧЕСКИЙ ШСТШУТ им. А.Ф.ИОФФЕ

На правах рукописи

САХАРОВ Алексей Влдсшинович

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЛОЕВ И ГЕТЕРОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ НИТРИДОВ 111 ГРУППЫ

(Специальность 01 04. Ю-фтикл пол} проводников и диэлектриков.)

Автореферат

диссершшш на соискание ученой слеиепи кандидата физико-математических наук

Санкт-П(лерб\ рг 2000

Работа выполнена в Физико-Техническом институте им. А. Ф.Иоффе Российской Академии наук.

Научный руководитель: доктор физ.-мат. наук

H.H. Леденцов.

Официалные оппоненты: доктор физ.-мат. наук

А.Э. Юнович, доктор физ.-мат. наук С.А.Гуревич

Ведущая организация: Институт Аналитического

Приборостроения РАН

Защита состоится /\ 2000 г. в [£час. на заседании

диссертационного совета КООЗ.23.01 при Физико-Техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт-Петербург, ул.Политехническая, д.26, ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Физико-Технического института им. А.Ф.Иоффе РАН.

Автореферат разослан (') /Ф^уХ 2000г. ЛУ/.^О-3

Ученый секретарь диссертационного совета, *

о? 1 I;

кандидат физ.-мат. наук ^лл^Ил-И Г.С.Куликов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы.

В настоящее время является общепризнанным, что квантоворазмерные гетероструктуры определяют прогресс в физике и технике полупроводников. Наиболее активные исследования таких структур ведутся в системе соединений АЗВ5. С точки зрения приборных применений наиболее важными являются квантоворазмерные структуры. Например, полупроводниковые лазеры с квантовыми ямами на основе традиционных соединений АЗВ5 являются ключевым элементом в линиях волоконно-оптической связи (ВОЛС), лазерных принтерах, устройствах оптической записи информации (видео- и компакт-диски и др.).

В настоящее время полупровдниковая микроэлектроника является одной из самой быстро развивающейся отраслей промышленности (рынок гг/п лазеров растет со скоростью 30% в год). В то же время, возрастающие требования, предъявляемые к современным оптоэлекгронным устройствам, обуславливают необходимое расширение круга материалов, применяемых в оптозлектронике. Так, уменьшение длины волны излучения полупроводникового лазера с 800 им (инфракрасный свет) до 400 им (фиолетовый свет) позволяет в несколько раз увеличить плотность оптической записи информации, что дает возможность существенно расширить круг применений данных устройств; увеличить скорость и качество печати лазерных принтеров; заменить, при сохранении пиковой оптической мощности в несколько сот милливатт, крупногабаритные и дорогие газовые и твердотельные лазеры в их различных диагностических применениях (спектроскопия, медицина и т.д.).

Появление коммерческих полупроводниковых светодиодов в сине-зеленой области спектра открывает новые возможности по созданию устройств цветного оптического отображения информации нового поколения, например, таких как плоские полупроводниковые дисплейные матрицы. В связи, с этим в последнее время широкое внимание привлекают к себе широкозонные полупроводниковые соединения на основе нитридов третьей группы.

Нитриды III группы, такие как GaN и AIN известны очень давно. Первая работа по лазерной генерации при оптической накачке GaN появилась еще в 1971 году [1]. Тогда же появились первые светодиодные структуры на основе GaN [2J, но это были структуры металл-изолятор-полупроводник. Прорыв в области приборного применения наступил в 1989 году, когда группой исследователей из Японии (Mejo) под руководством И. Акасаки был получен GaN р-типа проводимости [3].

Для получения источников сине-зеленого сета могут применятся и другие магерилы, например А2В6. В 1991 году специалистами ЗМ Company (США) был продемонстрирован первый полупроводниковый лазер на основе гетероструктуры ZnSe/ZnCdSe, работающего в импульсном режиме при Т=77К в зеленом оптическом диапазоне [4]. После этого сообщения многие на^гные группы активно включились в исследования по разработке технологии создания непрерывных полупроводниковых для видимого диапазона. Вместе с тем, следует отметить, что на данный момент срок службы таких лазеров не превышает нескольких сотен часов, что делает невозможным их промышленное применение.

Первые сообщения о получении лазерной генерации в нитридах при инжекционной накачке появились значительно позднее - в 1996 году, но прогресс был намного более быстрым. Вот некоторые даты:

1996 - первый импульсный-лазер [5] (комнатная темиерэтлра) и чуть позже первый непрерывный лазер (233 К) [6] июль 1997 - 100 часов непрерывной работы при комнатной температуре

декабрь 1997 - 3000 часов непрерывной работы при 203С, 1100 часов при 50°С [7],

1999 год - выпуск коммерческою полупроводникового лазера (длина волны излучения —405 нм, мощность 5мВт).

2000 год - создание синего лазера (длина волны 460 нм) [8]

За последние годы разработка технологии получения эффективных светодиодов и непрерывных полупроводниковых лазеров на основе нитридов III группы, работающих в видимой и ближней ультрафиолетовой области спектра, превратилась в одно из ведущих направлений исследований в современной пол) проводниковой опгоэлектронике. Газофазная эпитаксия из металорганических соединений (ГФЭ МОС) является, на данный момент, единственным эффективным технологическим методом. позволяющим получать подобные т-шжекционные гетероструктуры. В настоящее время реализован фиолетовый лазер, со сроком службы >10000 часов при комнатной температуре, недавно получек синий лазер. Однако параметры лазеров на основе нитридов III группы требуют дальнейшей оптимизации, что свидетельствует о настоятельной необходимости проведения новых исследований.

Считается общепризнанным, что дальнейший прогресс в улучшении параметров гетеролазеров (таких, как пороговая плотность тока, выходная оптическая мощность, время жизни в непрерывном режиме при комнатной температуре и т.д.) связан с:

• существенным уменьшением плотности дислокаций в структурах;

• выбором оптимальной геометрии структуры лазерных диодов (толщина и состав эмттерных слоев, ширина волновода);

• выбором оптимальных контактных, изолирующих и конструкционных материалов при изготовлении диодов;

• применением структур с пониженной размерностью в агстивной области лазера, особенно, использование квантовых точек.

Квантовые точки позволят резко увеличить усиление, улучшить температурную стабильность и снизить пороговую плотность тока лазера.

Основная цель данной работы - исследование оптических и структурных свойств слоев и гетерострукгур в системе 1пСаМ/(А1)СаК в зависимости от условий выращивания для создания эффективных светоизлучающих приборов.

Научная новизна работы Показано, что оптические свойства эпитаксиальных слоев АЮаЫ и InGaN определяются локализацией носителей на флуктуациях состава, что приводит к немонотонному сдвигу пика фотолюминесценции с температурой;

Предложен и реализован метод создания высококачественных многслойных 1пОаЫ/СаЫ гетерострукгур путем циклического изменения температуры подложки;

Обнаружено, что при быстром термическом отжиге слоев АЮаИ и гетерострукгур ¡пОаМ/СтМ происходит изменение структурных и оптических свойств;

Предложена и реализована концепция создания среды с сверхвысоким коэффициентом усиления (>105 см"1) на основе плотных массивов 1пОа1\'/СаК квантовых точек позволившая получить лазерную

генерацию с поверхности при оптической накачке в низкодобротном резонаторе;

Впервые получена лазерная генерация с поверхности при комнатной температуре при оптической накачке в гетероструктуре TnGaN/GaN с использованием только нижнего распределенного Брэгговского отражателя GaN/AlGaN.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Наблюдаемый сильный длинноволновый сдвиг линии фотолюминесценции эпитаксиальных слоев GaN:Si

2. Ширина запрещенной зоны твердого раствора AlxGa-,-xN в диапазоне х=0-0.2 изменяется по закону Es(x)-Eg(AlN)*x+Ei,(GaN)*(l-х)ч b*x*( 1 -х) с Ь=-0.87 эВ,

3 При осаждении тонких слоев InGaN при низкой температуре

формируются массивы нанодоменов обогащенных по In (квантовых точек) с латеральными размерами 3-6 нм и плотностью ~101: см"".

4. В многослойных InGaN/GaN гетероструктурах получен сверхвысокий коэффициент усиления ( >10' см" )

5. Осуществлена лазерная генерация с поверхности при оптической накачке при комнатной температуре в InGaN/GaN гетероструктурах с нижним AlGaN/GaN распределенным Брэгговским отражателем (РБО).

Научная и практическая ценность. Установлена зависимость ширины запрещенной зоны твердого раствора AlxGai_xN от состава в диапазоне х=0 - 0.2, что позволило создавать многослойные AlGaN/GaN

гетероструктуры с компенсацией напряжений в слоях. Впервые было показано, что при осаждении тонких и сверхтонких внедрений InGaN в матрице GaN формируются плотные массивы наноосгровков с латеральными размерами 3-6 нм и плотностью ~10п см"2. Впервые было показано, что в таких структурах достижимы сверхбольшие коэфиициенты усиления (>105 см'1) и возможна лазерная генерация с поверхности в структурах с низкой добротностью резонатора. На основе данных оптических исследований проведена оптимизация условий роста, что позволило создать прототипы светодиодов на диапазон длин волн 370-460 нм.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на

• 7Л European Workshop on Metal-Organic Vapour Phase Epitaxy- and Related Growth Techniques, June 8-11, 1997, Berlin, Germany

• 7th International Conference on silicon carbide, Ill-nitrides and related materials Stockholm, Sweden august 31 - September 5, 1997

• III Российская конференция по физике полупроводников '' По лу п р о во дни Kir 9 7 ", Москва 1-5 декабря 1997

• The Third European GaN Workshop, Warsaw, Poland, June 22-24,1998

• III Всероссийское совещание «Нитрид Галлия: структуры и приборы», Москва, 23 мая 1999

• 8th European Workshop on Metal-Organic Vapour Phase Epitaxy and Related Growth Techniques, June 8-11,1999, Prague, Czech Republic

• 7th Int. Symp. "Nanostructures:Physics and Technology"' St. Petersburg, Russia, June 14-18, 1999

• The Third International Conference on Nitride Semiconductors, July 4-9, 1999, Montpellier, France

• Международная Зимняя Школа по Физике Полупроводников. С.Петербург - Зеленогорск, 25-28 февраля, 2000 а также на научных семинарах Физико-Технического И нети гут а им. А.Ф.Иоффе РАБ и Института Физики Твердого Тела Технического Университета Берлина.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 15 печатных работах, в том числе в У паучлых статьях и в материалах б конференций.

Структура и объем диссертация. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на страницах машинописного текста. Диссертация включает также Н.^рисунков и список литературы из^ наименований. Общий объем диссертации страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуалность темы, сформулирована цель диссертации, изложены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава содержи г обзор литературы по оптическим и структурным свойствам нитридов III группы на начато 2000 года. В ней рассмотрены механизмы pocia эпитаксиальных слоеев и гетероструктур нитридов III группы. Описан двухстадийный метод роста применяемый для зпитаксиального выращивания нитридов методом газофазной эпитаксии. Приведены данные термодинамического анализа роста InGaN из которых следует что равновесный твердый раствор InGaN имеет большую область несмешиваемости. Приведены экспериментальные результаты оптических исследований слоев GaN, AiGaN, InGaN и гетроструктур InGaN/GaN. Дан анализ литературных данных по зависимости оптических свойств сдоев

AlGaN от состава. Далее обсуждаются сложности возникающие при интерпретации данных оптических исследований струкутр содержащих слои InGaN; описаны различные методики исследования InGaN/GaN гетроструктур, дан подробный анализ полученных результатов.

В конце главы сформулированы основные выводы.

Во второй главе описывается применявшееся технологическое и измерительное оборудование, а также применяемые методики. В процессе диссертационной работы изучался набор структур, выращенных методом ГФЭ МОС на установке Epiquip VP-50 RP, поэтому дано подробное описание метода ГФЭ МОС и устройства ростовой установки. Все структуры были выращены на сапфировых подложках с ориентацией (0001). В качестве компонентов-источников элементов III группы использовались металлоорганические соединения: триметилгаллий (ТМГ), триметилиндий (ТМИ) и триметилалюминий (ТМА). В качестве источника азота использовался аммиак (NH3). Дано подробное описание типов структур, интенсивно изучавшихся в процессе работы. В конце главы описаны применявшиеся в настоящей работе методы исследования выращенных образцов. Исследования по просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ПЭМВР) осуществлялисьна электронном микроскопе PHILIPS СМ 200 FEG/ST с разрешением 0.24 нм. Оцифрованные изображения ПЭМВР подвергались цифровой обработке DALI методом. Спектры фотолюминесценции (ФЛ) и оптического отражения снимались на установке, собранной на базе монохроматора МДР-23 и охлаждаемого фотоэлектронного умножителя ФЭУ-83, работающего в режимах счета фотонов и синхронного детектирования. ФЛ возбуждалась непрерывным He-Cd лазером (Х=325 нм, плотность мощности до 25 Вт/см2) или импульсным азотным лазером (Л=337.1 нм,

плотность мощности до Л МВт/см2). Для спектров оптического отражения использовалась галогеновая лампа накаливания, дагощая непрерывный спектр. Спектры усиления были получены методом вариации длины полоска возбуждения при помощи лазера на красителях (плотность мощности до 10 МВт/см2), возбуждаемого эксимсрным лазером.

В третьей главе исследуются оптические свойства слоев Са\\ ОдЫ'Ял и АЮаК широко используемых в эмиттерпой и активной областях лазеров и светодиодов видимого диапазона.

Сопоставление данных фотолюминесцентных исследований слоев ОаМ^ с данными получеными другими методиками (измерения по эффекту Холла, вольт-емкостные измерения, комбинационное рассеяние свста) позволило установить зависимость положения и ншрины линии ФЛ ог степени легирования в широком диапазоне концентраций (10" - 10'9 см-"*), что позволило оценивать степень легирования ваМ из данных оптических измерений в случаях когда прямое измерение не представляется возможным (например в гетроструктурах АЮаШЗаК)

Фотолюминесцентные исследования слоев /\IGaN в сопоставлении с данными других методик (рентгеновской диффрактометрии, комбинационного рассеяния света, электронного микроанализа) позволили установить зависимость энергии краевой ФЛ от состава твердого раствора АЮаК Обнаружено, что точная оценка требует использования спектров люминесценции при температурах выше 77 К, гак как при более низких температурах локализация экситонов на флуктуациях состава из-за неоднородности твердого раствора может внести существенную погрешность в определение состава по А1. Также обнаружен немонотонный сдвиг линии краевой ФЛ с температурой.

Возможность точной оценки состава твердого раствора АЮаК позволила контролировать напряжения в решеточно несогласованной системе АЮаЫ-СаК, что впоследствии были использовано для создания AlGaN/GaN распределенных Брэгговских отражателей с компенсацией напряжений.

3,80

3,75

3,70

т

о

с; з.ез

0

>■ 3,60

^

о

га 3,55

2

3,50

3,45

Рис.1 Зависимость положения максимума краевой ФЛ слоя АЮаЫ при 77 К от состава по А1.

В четвертой главе описываются оптические и структурные свойства 1пСаЫ/СаЫ гетероструктур. На основе оптических исследований показано, что одним из определяющих параметров при выращивании 1пСаМ является температура подложки. Циклическое юменеие температуры подложки в сочетании с низкими скоростями роста позволяет создавать высококачественные многослойные 1пСа№ОаМ гетероструктуры

ь-о у *

у / / Ь=-1

/ ' ^ /'

/ / ' г * *

/

/ Ут" * >5 ' V*

. ...

0,00 0,05 0,10 0,15

Состав по А!

с тонкими (20-30 А) н сверхтонкими (<15 А) 1пОаК внедрениями в матрице'

С помощью оптических и структурных исследований показано, что при осаждении тони« и сверхтонких 1пСаЫ слоев при низкой температуре формируются массивы двумерных островков обогащенных по 1п высокой плотности (-10'1 см") с латеральными размерами 3-6 нм (квантовых точек).

Рис 2 Фотография поперечного сечения многослойной гетероструктуры полученная прсвечивающей электронно» микроскопией (ПЭМ) нижого разрешения (а) и цифровая обработка изображения поперечного сечения той же структуры

пояучегоюго ПЭМ высокого разрешения (Ь). Светлые области соответствуют оолыисму содержанию индия.

Исследования температурной зависимости фотолюминесценции (ФЛ) таких структур покачали что для них характерна немонотонная зависимость положения пика ФЛ от температуры (так называемая "5-об раз нал" зависимость) обусловленная перераспределением носителей между уровнями квантовых точек при повышении температуры.

GaN.

а

Indium content 5 nm

Изменение параметров роста (соотношения ТМИ/ТМИ+ТМГ и температуры подложки) позволяет варьировать длину волны ФЛ от 370 до 460 нм. Увеличение потока ТМИ и снижение температуры роста приводит к длинноволновому сдвигу линии ФЛ сопровождающегося падением интенсивности ФЛ, что говорит об образовании центров безызлучательной рекомбинации. При понижении температуры роста ниже определенного уровня наблюдается резкое падение интенсивности ФЛ; при этом структурные исследования ; показывают образование кластеров металлического индия.

В пятой главе представлены исследования, проведенные при высоких плотностях возбуждения, характерных для приборных применений.

Из-за несовпадения плоскостей скола подложки и эпитаксиального слоя при выращивании нитридов на сапфире с ориентацией (0001) получение зеркал для лазера в полосковой геометрии сильно затруднено. Поэтому большой интерес представляет создание поверхностно излучающего лазера.

Показано что в случае однослойных гетероструктур lnGaN/GaN при высоких плотностях возбуждения происходит насыщение рекомбинации через основное состояние, что приводит к существенному коротковолновому сдвигу линии люминесценции. В то же время в структуре с 12 тонкими 1пСаМ внедрениями основная рекомбинация идет через основное состояние вплоть до плотностей возбуждения ~1 МВт/см2.

Гигантское усиление, обусловленное экситонными переходами в обогащенных по 1п нанодоменах (квантовых точках), позволяет реализовать лазерную генерацию с поверхности при пониженных температурах даже в низкодобротном резонаторе. При этом наблюдается

неоднородный сдвигмод резонатора Фабри-Перо при изменении плотности накачки что свидетельствует о сильной модуляции показателя преломления вдоль контура поглощения/усиления.

Рис.3 Спектры фотолюминесценции (ФЛ) структуры без РБО при различных плотностях возбуждения, снятые при 150К - а (1 -- 1 ООО кВт/см2, 2 -590 кВт/см2, 3 - 160 кВт/см2) и зависимость интенсивности ФЛ моды лазерной генерации от плотности возбуждения - Ь.

Температурные исследования лазерной генерации показали, что зависимость пороговой плотности от температуры имеет вид типичный для лазеров на основе квантовых точек.

Использование только нижнего распределенного брэгговского отражателя (РБО) позволило существенно снизить оптические потери и

получить лазерную генерацию с поверхности при комнатной температуре

через основное состояние квантовых точек.

В заключении приводятся основные результаты работы, которые

состоят в следующем:

1. Определена зависимость ширины запрещенной зоны твердого раствора AlxGai.xN от состава в диапазоне х~0 • 0.2.

2. При помощи ПЭМВР показано, что тонкие внедрения InGaN в матрицу GaN представляют собой массивы нанодоменов с латеральными размерами 3-6 нм и плотностью ~10п см"2.

3. Продемонстрированы оптические свойства структур с InGaN нанодоменами, и показано что они соответствуют свойствам структур с квантовыми точками.

4. Показана возможность достижения сверхвысоких коэффициентов усиления (>105 см"!) и осуществления лазерной генерации с поверхности в многослойных InGaN/GaN гетероструктурах.

5. Осуществлена лазерная генерация с поверхности при комнатной температуре в InGaN/GaN структурах с нижним AI GaN/GaN распределенным Брэгговским отражателем (РБО).

6. Созданы прототипы 1пСаЫ/Са№ветодиодов на диапазон длин волн 370460 нм.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Особенности стимулированного излучения при оптической накачке в

двойной гетероструктуре GaN/AlGaN, М.В.Максимов, А.В.Сахаров, В.В.Лундин, А.С.Усиков, Б.В.Пушный, И.Л.Крестнюсов, НИ.Леденцов, П.С.Копьев, Ж.И.Алферов, В.П.Розум, Письма в ЖТФ 23(15) 53-59 (1997)

2. Лазерная генерация в вертикальном направлении в многослойных

квантово-размерных InGaN/GaN гетероструктурах, А.В.Сахаров, В.В.Лундин, В.А.Семенов, АС.Усиков Н.Н.Леденцов,

A.Ф.Цацулъников, М.В.Байдакова, Письма в ЖТФ 25 (12) 1-9 (1999)

3. Optical and electrical properties in Ill-N structures grown by MOCVD on

sapphire substrates, W.V.Lundin, A.S.Usikov, U.I.Ushakov, M.V.Stepanov,

B.V.Puslmyi, N.M.Shnndt, V.N.Tret'yakov, M.V.Maximov. A.V.Sakharov, 7th European Workshop on Metal-Organic Vapour Phase Epitaxy and Related Growth Techniques, June 8-11, 1997, Berlin, Germany (workshop booklet)

4. Optical and structural studies of thick AlGaN alloy layers and AlGaN/GaN

heterostructares on sapphire substrates, W.V.Lundin, A.S.Usikov, B.V.Pushniy, U.I.Ushakov, M.V.Stepanov, N.MShmidt, T.V.Shubina,

A.V.Sakharov, N.N.Faleev. V.A.Solov'ev, A.A.Sitnikova, Yu.Kudriavtsev,

B.Ya.Ber, Yu.M.2adiranov, Proc. of 7th International Conference on silicon carbide, Ill-nitrides and related materials-97 Stockholm. Sweden august 31 -September 5, 1997 pp. 1315-1318

5 Heterostmctnres for UV LEDs Based on Thick AlGaN Layers, A.V.Sakliarov, W.V.Ltmdin, A.S.Usikov, Yu.A.Kudriavtsev, A.V.Lunev, Y.M.Shenuakov, N.N.Ledentsov, MRS Internet 3. Nitride Semicond. Res.V. 3, 28 (1998)

6. Growth and characterization of GaN and AlGaN layers doped with Si,

W.V. Lundin, N.M. Shmidt, A.S. Usikov, A.Kryzhanovskii, D.V. Poloskin, V.V. Ratnikov, A.F.Sacharov, A.N. Titkov, V.V. Tretyakov, 8th European Workshop on Metal-Organic Vapour Phase Epitaxy and Related Growth Techniques, June 8-11,1999, Prague, Czech Republic, pp.53-56.

7. Characterization of the InGaN/GaN heterostructures grown by MOCVD in

argon ambient, A.S.Usikov, W.V.Lundin, A. V.Sakharov, V.A.Seraenov, I.L.Krestnikov, M.V.Baidakova, V.V.Ratnikov, 8th European Workshop on Metal-Organic Vapour Phase Epitaxy and Related Growth Techniques, June 8-11, 1999, Prague, Czech Republic pp. 57-60

8. Surface-mode lasing from optically pumped InGaN/GaN heterostructures, A.

V. Sakharov, W. V. Lundin, V. A. Semenov, A. S. Usikov, N. N. Ledentsov, A.F. Tsatsul'nikov, Zh. I. Alferov, A. Hoffmann and D. Bimberg, Proc. of 7th Int. Symp. "Nanostructures:Physics and Technology" St. Petersburg, Russia. June 14-18 1999 pp. 124-127

9. Growth and characterization of InGaN/GaN nanoscale heterostructures W. V.

Lundin, A. V. Sakharov, V. A. Semenov, A. S. Usikov, M.V. Baidakova, I.L. Krestnikov and N. N. Ledentsov, Proc. of 7th Int. Symp. "Nanostructures:Physics and Technology" St. Petersburg, Russia, June 14-18 1999 pp. 485-488

10. Surface-mode lasing from stacked InGaN insertions in a GaN matrix, A. V. Sakharov, W. V. Lundin, I. L. Krestnikov, V. A. Semenov, A. S. Usikov, A.F. Tsatsul'nikov, Yu. G. Musikhin, M. V. Baidakova, and Zh. I. Alferov, N. N. Ledentsov, A. Hoffmann, and D. Bimberg, Appl. Phys. Lett. 74 (26), pp.3921-3923 (1999)

11. Room-temperature photopumped InGaN/GaN/AJGaN vertical-cavity surface-emitting laser, I. L. Krestnikov, W. V. Lundin, A. V. Sakharov, V. A.

Semenov, A. S. Usikov, A. F. Tsatsul'nikov, and Zh.-Ir Alferov, N. N. Ledentsov, A. Hoffmann, and D. Bimberg, Appl. Phys. Lett. 75 (9), pp. 11921194 (1999)

12. Growth and Characterization of Thick Si-doped AlGaN Epilayers on Sapphire Substrates. W.V.Lundin, A.S.Usikov, A. V.Sakharov, V.V.Tretyakov, D.V. Poloskm, N.N. Ledentsov, A. Hoffmann, Phys. Stat. Sol.(a). 176, pp.379-384 (1999). 13 Optical Properties of Structures with Single and Multiple InGaN Insertions in a GaN Matrix. A.V. Sakharov, W.V. Lundin, I.L. Kxestnikov, V.A. Semenov, A.S. Usikov, A.F. Tsatsul'nikov, Yu.G. Musikhin, M.V. Baidakova, Zh.I. Alferov, N.N. Ledentsov, A. Hoffmann and D. Bimberg, Phys. Stal. Sol.(b) 216, pp.435-440 (1999).

14. Photopuniped InGaN/GaN/AlGaN Vertical Cavity Surface Emitting Laser Operating at Room Temperature, Í.L. Krestnikov, W.V. Lundin,

A.V. Sakhavov, V.A. Semenov, A.S. Usikov, A.F. Tsatsul'nikov, Zh.I. Alferov. N.N. Ledentsov, A. Hoffmann and D. Bimberg, Phys. Stat. Sol.(b). 216, pp.511-516 (1999).

15. Лазерная генерация в вертикальном направлении в структурах InGaN/GaN/AlGaN с кватгговыми точками InGaN, И.J1.Крестников. А.В.Сахаров. В.В.Лундин, 10 Г.Мусихин, А.П.Карташова., А.С.Усиков, А.Ф.Цацулышков, Н.Н.Леденцов. Ж.И.Алферов, И.П.Сошников, E.Hahn, B.Neubauer, A.Rosenauer, D.Litvinov, D.Gerthscn, A.C.PIaut,

A. Hoffmann and D. Bimberg. Физика и Техника полупроводников, 34(4), 496-503, 2000

ЦИТИРОВАНА^ ЛИТЕРАТУРА

[1] R.Dingle, K.L.Sheklee, R.F.Leheny, R.B.Zetterstorm, Stimulated emission and laser action in Gallium Nitride, Appl.Phys.Lett 19(1) 5 (1971)

[2] J.I.Pankove, E.A.Miller, J.E.Berkeyheiser, RCA rev. 32, 383 (1971)

[3] H.Amano, M.Kito, K.Hiramatsu, I.Akasaki, Jap. J. Appl.Phys. 28, L2112 (1989)

[4] M.A. Haase, J. Qiu, J.M. DePuydt, and H. Cheng, Appl.Phys.Lett., 59, 1272 (1991).

[5] S. Nakamura, M.Senoh, S.Nagahama, N.Iwasa, T.Yamada, T.Matsushita, H.Kiyoku, and Y.Sugimoto Jpn.J.Appl.Phys 35, L74, (1996)

[6] Shuji Nakamura, Masayuki Senoh, Shin-ichi Nagahama, Naruhito Iwasa,Takao Yamada, Toshio Matsushita,Yasunobu Sugimoto, and Hiroyuki KiyokuAppl.Phys.Lett. 69, 3034 (1996)

[7] S. Nakamura, M. Senoh, S. Nagahama, T. Matsushita, T.Mukai,Jpn. J.Appl.Phys, 38, L226 (1998).

[8] S. Nakamura, M. Senoh, S. Nagahama, N. Iwasa,T. Matsushita, and T.Mukai Appl.Phys.Lett. 76(1), 22 (2000)

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Обзор литературы

1.1. Свойства полупроводниковых соединений Ш-И

1.2 Выращивание эпитаксиальных слоев в системе Ш-К

1.3. Люминесцентные свойства слоев ОаЫ и твердых растворов АЮаЫ

1.4 АЮаШЗаН распределенные Брэгговские отражатели

1.5. Оптические и структурные свойства 1пОаМ/ОаН гетероструктур.

1.6 Светодиоды.на основе нитридов

1.7 Стимулированное излучение и лазерная генерация в кЮаЫ/АЮаК гетероструктурах.

ГЛАВА 2. Экспериментальное оборудование и методики.

2.1 Методика роста эпитаксиальных слоев и гетероструктур.

2.2 Методики постростовой обработки эпитаксиальных слоев и гетероструктур.

2.3 Методики характеризации эпитаксиальных слоев и гетероструктур.

ГЛАВА 3. Оптические свойства слоев GaN и АЮаК и гетероструктур на их основе.

3.1. Люминесцентные свойства слоев ОаИ.

3.2. Люминесцентные свойства слоев АЮаИ

3.3. АЮаМОаМ распределенные Брэгговские отражатели.

ГЛАВА 4. Структурные и оптические свойства 1пСа1Ч/Са1Ч гетероструктур.

4.1. Люминесцентные свойства однослойных 1пОаЫ/ОаЫ гетероструктур.

4.2. Люминесцентные и структурные свойства многослойных 1пОа]М/ОаН гетероструктур с токими внедрениями Ы}аМ.

4.3 Влияние отжига на люминесцентные и структурные свойства 1гЮа]\[/ОаМ гетероструктур с токими внедрениями 1пОаМ.

ГЛАВА 5. Усиление и лазерная генерация в многослойных InGaN/GaN гетероструктурах с плотными массивами наноостровков.

5.1. Люминесценция InGaN/GaN гетероструктур при высоких уровнях возбуждения

5.2. Лазерная генерация с поверхности; эффект взаимодействия мод резонатора со спектром усиления.

5.3. Лазерная генерация с поверхности в структурах с АЮа>ШаЫ РБО.

5.4 1пОаЫ/ОаН/АЮаМ светодиоды с вертикальным микрорезонатором.:.

Одним из самых ярких явлений в полупроводниковой оптоэлектронике в 90-х годах стал стремительный прогресс в технологии светоизлучающих приборов для фиолетовой, синей и зеленой областей спектра на основе нитридов III группы - InN, GaN, AIN. При этом была ликвидирована значительная диспропорция в эффективности светодиодов для красно-оранжевой и сине-зеленой областей спектра [1] и появилась возможность создания эффективных полноцветных систем отображения информации. Создание полупроводникового лазерного диода, излучающего в фиолетовой области спектра [2], и, позже непрерывного [3] и синего лазерного диода [4] открыло возможность значительного увеличения плотности записи в оптических системах хранения информации.

Значительные успехи в разработках красных и желто-оранжевых светодиодов в 80-х -начале 90-х годов позволили значительно расширить область их применения. Внешняя квантовая эффективность светодиодов на основе соединений AlGaAs и InGaAIP составила 1-10% при силе света 7-10 Кд. Появилась возможность использовать светодиоды в системах отображения информации, работающих в условиях прямого солнечного освещения, в стоп-сигналах автомобилей, в светофорах. Эти источники света имеют высокую эффективность и надежность, малые габариты.

В то же время, до начала 90-х годов, зеленые, и особенно синие и фиолетовые светодиоды имели значительно худшие характеристики. Непрямая зонная структура SiC ограничивала внешнюю квантовую эффективность промышленно выпускавшихся светодиодов на его основе величиной -0.04%. Лабораторные образцы синих светодиодов на основе GaN и твердых растворов AUBVI имели квантовую эффективность 0.5-0.8% и 1-1.3%, соответственно. Однако низкий, порядка сотен часов, срок их службы не позволял осуществить их промышленное производство. Сообщений о создании эффективных светодиодов, излучающих в ультрафиолетовой области спектра, не было.

В конце 80-х - начале 90-х годов исследовательскими группами И.Акасаки (I.Akasaki) из университета г. Нагоя (Япония) [5] и С.Накамуры (S.Nakamura) из фирмы Nichia Chemical Industries, Ltd (Япония) [6] был освоен эпитаксиальный рост GaN и его твердых растворов InGaN и AlGaN на сапфировых подложках методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений (МО ГФЭ) и впервые получен GaN р-типа проводимости. В обоих группах использовался метод эпитаксии GaN с предварительным осаждением низкотемпературного буферного слоя. В настоящее время этот метод в технологии GaN является общепринятым.

Стремительный прогресс в развитии GaN технологий в этих группах позволил начать промышленное производство эффективных светодиодов для синей и, в последствии, зеленой областей спектра. Кульминацией работ было создание лазерного диода со сроком службы более 10000 часов [7].

Проведен большой объем научных исследований, посвященных изучению структурных свойств эпитаксиальных слоев GaN, механизмов излучательной рекомбинации и проблемам легирования GaN. Несмотря на это, на сегодняшний день нитрид галлия все еще изучен значительно хуже, чем классические полупроводниковые соединения Ain-Bv (арсениды и фосфиды III группы).

В ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН цикл работ, посвященный исследованию нитридов III группы начался осенью 1995 года и проходил на фоне стремительного увеличения числа научных публикаций по этой тематике.

Основной целью проведенной работы являлось исследование оптических и структурных свойств слоев и гетероструктур в системе 1пОаЫ/(А1)ОаН в зависимости от условий выращивания для создания эффективных светоизлучающих приборов. Научная новизна работы

Показано, что оптические свойства эпитаксиальных слоев АЮаЫ и 1пОаК определяются локализацией носителей на флуктуациях состава, что приводит к немонотонному сдвигу пика фотолюминесценции с температурой;

Предложен и реализован метод создания высококачественных многслойных 1пОаШЗаМ гетероструктур путем циклического изменения температуры подложки;

Обнаружено, что при быстром термическом отжиге слоев АЮаЫ и гетероструктур 1пОаЫ/ОаН происходит изменение структурных и оптических свойств;

Предложена и реализована концепция создания среды с сверхвысоким коэффициентом усиления (>105 см"1) на основе плотных массивов 1пСаИ/ОаК квантовых точек позволившая получить лазерную генерацию с; поверхности при оптической накачке в низкодобротном резонаторе;

Впервые получена лазерная генерация с поверхности при комнатной температуре при оптической накачке в гетероструктуре 1пОаЫ/ОаН с использованием только нижнего распределенного Брэгговского отражателя ОаК/АЮаК.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Наблюдаемый сильный длинноволновый сдвиг линии фотолюминесценции эпитаксиальных слоев ОаМ:81 объясняется пространственной флуктуацией заряда.

2. Ширина запрещенной зоны твердого раствора А^Оа^Ы в диапазоне х=0-0.2 изменяется по закону Её(х)=Её(А1Н)*х+Её(ОаЫ)*(1-х)+Ь*х*(1-х) с Ь=-0.87 эВ.

3. При осаждении тонких слоев InGaN при низкой температуре формируются массивы нанодоменов обогащенных по 1п (квантовых точек) с латеральными

1 1 9 размерами 3-6 нм и плотностью -10 см" .

4. В многослойных 1пОа1Ч/ОаК гетероструктурах получен сверхвысокий коэффициент усиления (>105 см"1)

5. Осуществлена лазерная генерация с поверхности при оптической накачке при комнатной температуре в 1пОаЫ/ОаК гетероструктурах с нижним АЮаМЛЗаИ распределенным Брэгговским отражателем (РБО).

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Особенности стимулированного излучения при оптической накачке в двойной гетероструктуре GaN/AlGaN, М.В.Максимов, А.В.Сахаров, В.В.Лундин, А.С.Усиков, Б.В.Пушный, И.Л.Крестников, Н.Н.Леденцов, П.С.Копьев, Ж.И.Алферов, В.П.Розум, Письма в ЖТФ 23(15) 53-59 (1997)

2. Лазерная генерация в вертикальном направлении в многослойных квантово-размерных InGaN/GaN гетероструктурах, А.В.Сахаров, В.В.Лундин, В.А.Семенов, А.С.Усиков Н.Н.Леденцов, А.Ф.Цацульников, М.В.Байдакова, Письма в ЖТФ 25 (12) 1-9 (1999)

3. Optical and electrical properties in III-N structures grown by MOCVD on sapphire substrates, W.V.Lundin, A.S.Usikov, U.I.Ushakov, M.V.Stepanov, B.V.Pushnyi, N.M.Shmidt, V.N.Tret'yakov, M.V.Maximov, A.V.Sakharov, 7th European Workshop on Metal-Organic Vapour Phase Epitaxy and Related Growth Techniques, June 8-11, 1997, Berlin, Germany (workshop booklet)

4. Optical and structural studies of thick AlGaN alloy layers and AlGaN/GaN heterostructures on sapphire substrates, W.V.Lundin, A.S.Usikov, B.V.Pushniy, U.I.Ushakov, M.V.Stepanov, N.M.Shmidt, T.V.Shubina, A.V.Sakharov, N.N.Faleev, V.A.Solov'ev, A.A.Sitnikova, Yu.Kudriavtsev, B.Ya.Ber, Yu.M.Zadiranov, Proc. of 7th International Conference on silicon carbide, IH-nitrides and related materials-97 Stockholm, Sweden august 31 - September 5,1997 pp. 1315-1318

5. Heterostructures for UV LEDs Based on Thick AlGaN Layers, A.V.Sakharov, W.V.Lundin, A.S.Usikov, Yu.A.Kudriavtsev, A.V.Lunev, Y.M.Sherniakov, N.N.Ledentsov, MRS Internet J. Nitride Semicond. Res.V. 3, 28 (1998)

6. Growth and characterization of GaN and AlGaN layers doped with Si, W.V. Lundin, N.M. Shmidt, A.S. Usikov, A.Kryzhanovskii, D.V. Poloskin, V.V. Ratnikov, A.F.Sacharov, A.N. Titkov, V.V. Tretyakov, 8th European Workshop on Metal-Organic Vapour Phase Epitaxy and Related Growth Techniques, June 8-11, 1999, Prague, Czech Republic, pp.53-56.

7. Characterization of the InGaN/GaN heterostructures grown by MOCVD in argon ambient, A.S.Usikov, W.V.Lundin, A.V.Sakharov, V.A.Semenov, I.L.Krestnikov, M.V.Baidakova, V.V.Ratnikov, 8th European Workshop on Metal-Organic Vapour Phase Epitaxy and Related Growth Techniques, June 8-11, 1999, Prague, Czech Republic pp. 57-60

8. Surface-mode lasing from optically pumped InGaN/GaN heterostructures, A. V. Sakharov, W. V. Lundin, V. A. Semenov, A. S. Usikov, N. N. Ledentsov, A.F. Tsatsul'nikov, Zh. I. Alferov, A. Hoffmann and D. Bimberg, Proc. of 7th Int. Symp. "Nanostructures:Physics and Technology" St. Petersburg, Russia, June 14-18 1999 pp. 124-127

9. Growth and characterization of InGaN/GaN nanoscale heterostructures W. V. Lundin, A. V. Sakharov, V. A. Semenov, A. S. Usikov, M.V. Baidakova, I.L. Krestnikov and N. N. Ledentsov, Proc. of 7th Int. Symp. "Nanostructures:Physics and Technology" St. Petersburg, Russia, June 14-18 1999 pp. 485-488

10. Surface-mode lasing from stacked InGaN insertions in a GaN matrix, A. V. Sakharov, W. V. Lundin, I. L. Krestnikov, V. A. Semenov, A. S. Usikov, A.F. Tsatsul'nikov, Yu. G. Musikhin, M. V. Baidakova, and Zh. I. Alferov, N. N. Ledentsov, A. Hoffmann, and

D. Bimberg, Appl. Phys. Lett. 74 (26), pp.3921-3923 (1999)

11. Room-temperature photopumped InGaN/GaN/AlGaN vertical-cavity surface-emitting laser, I. L. Krestnikov, W. V. Lundin, A. V. Sakharov, V. A. Semenov, A. S. Usikov, A. F. Tsatsul'nikov, and Zh. I. Alferov, N. N. Ledentsov, A. Hoffmann, and D. Bimberg, Appl. Phys. Lett. 75 (9), pp. 1192-1194 (1999)

-10312. Growth and Characterization of Thick Si-doped AlGaN Epilayers on Sapphire Substrates. W.V.Lundin, A.S.Usikov, A.V.Sakharov, V.V.Tretyakov, D.V. Poloskin, N.N. Ledentsov. A. Hoffmann, Phys. Stat. Sol.(a), 176, pp.379-384 (1999).

13. Optical Properties of Structures with Single and Multiple InGaN Insertions in a GaN Matrix. A.V. Sakharov, W.V. Lundin, I.L. Krestnikov, V.A. Semenov, A.S. Usikov, A.F. Tsatsul'nikov, Yu.G. Musikhin, M.V. Baidakova, Zh.I. Alferov, N.N. Ledentsov, A. Hoffmann and D. Bimberg, Phys. Stat. Sol.(b) 216, pp.435-440 (1999).

14. Photopumped InGaN/GaN/AlGaN Vertical Cavity Surface Emitting Laser Operating at Room Temperature, I.L. Krestnikov, W.V. Lundin, A.V. Sakharov, V.A. Semenov, A.S. Usikov, A.F. Tsatsul'nikov, Zh.I. Alferov, N.N. Ledentsov, A. Hoffmann and

D. Bimberg, Phys. Stat. Sol.(b), 216, pp.511-516 (1999).

15. Лазерная генерация в вертикальном направлении в структурах InGaN/GaN/AlGaN с квантовыми точками InGaN, И.Л.Крестников, А.В.Сахаров, В.В.Лундин, Ю.Г.Мусихин, А.П.Карташова, А.С.Усиков, А.Ф.Цацульников, Н.Н.Леденцов, Ж.И.Алферов, И.П.Сошников, E.Hahn, B.Neubauer, A.Rosenauer, D.Litvinov, D.Gerthsen, A.C.Plaut, A. Hoffmann and D. Bimberg, Физика и Техника полупроводников, 34(4), 496-503, 2000

-99-Заключение

1. АЗ.Юнович, Светодиоды на основе гетероструктур из нитрида галлия и его твердыхрастворов (обзор), Светотехника, №5-6,1996, стр. 2-6

2. S.Nakamura, First Succesfull Ш-V Nitride Based Laser Diodes, Proc. of the International

3. Symposium on Blue Laser and Light Emitting Diodes, Chiba University, Japan, March 1996, p. 48-53

4. S. Nakamura, M. Senoh, S. Nagahama, N. Iwasa, T.Yamada, T. Matsushita, and T.Mukai Room-temperature continuous-wave operation of InGaN multi-quantum-wellstructure laser diodes Appl.Phys.Lett. 69(26), 4056-4058 (2000)

5. S. Nakamura, M. Senoh, S. Nagahama, N. Iwasa,T. Matsushita, and T.Mukai Blue InGaN-based laser diodes with an emission wavelength of 450 nm, Appl.Phys.Lett. 76(1), 22-24 (2000)

6. S.Nakamura, GaN Growth Using GaN Buffer Layer, Jpn. J. Appl. Phys., 30(1991), L17051.707

7. S.Nakamura, InGaN/GaN/AlGaN-Based Laser Diodes With an Estimated Lifetime of1.nger Than 10000 Hours, MRS Bulletin. May 1998, p.37-43

8. R.D.Dupuis, Epitaxial growth of III-Y nitride semiconductors by metalorganic chemicalvapor deposition, J. of Crystal Growth 178 (1997), p.56-73

9. Берг А., Дин. П. Светодиоды. Пер. с англ. под ред. АЭ.Юновича, М. Мир, 1979

10. S.Strite and H.Morcoc, GaN, A1N, and InN: A review, J. Vac. Sci. Technol, В 10 (4), Jul/Aug 1992, p. 1237-1266

11. H.Morcoc, S.Strite, G.B.Gao, M.E.Lin, B.Sverdlov, and M.Burns, Large-band-gap SiC, Ш-V nitride, and II-VI ZnSe-based semiconductor device technologies, J.Appl. Phys. 76 (3), August 1994,1363-1398

12. LAkasaki and H.Amano, Crystal Growth and Conductivity Control of Group П1 Nitride Semiconductors and Their Application to Short Wavelength Light Emitters, Jpn. J. Appl. Phys. V 36 (1997), p. 5393-5408

13. LAkasaki and H.Amano, Crystal Growth and Conductivity Control of Group III Nitride Semiconductors and Their Application to Short Wavelength Light Emitters, Jpn. J. Appl. Phys. V 36 (1997), p. 5393-5408.

14. X.Li, D.V.Forbes, S.Q.Gu, D.A.Turnbull, S.G.Bishop, and JJ.Colerman, A New Buffer Layer for MOCVD Growth of GaN on Sapphire, J. of Electr. Mat., Vol 24, No. 11,1995 p 1711-1714

15. F.A.Ponce, Microstructure of GaN Epitaxy on Sapphire, Proc. of the International Symposium on Blue Laser and Light Emitting Diodes, Chiba University, Japan, March 1996, p. 225-229

16. LAkasaki, H.Amano, M.Kito and K.Hiramatsu, Photoluminescence of Mg-doped p-type GaN and electroluminescence of GaN p-n junction LED, J. of Luminescence 48 (1991), p. 666-670

17. Четверикова И.Ф., Чукичев M.B., Храмцов А.П., Оптические свойства нитрида галлия, части 1,2. Обзоры по электронной техн., сер.6 Материалы, вып. 8 (911), 1982, вып. (945), 1983

18. M.Asif Khan, Q.Chen, R.A.Skogman, and J.N.Kuznia, Violet-blue GaN homojunction light emittihg diodes with rapid thermal annealed p-type layers, Appl. Phis. Lett. 66 (16), April 1995, p. 2046-2047

19. M.Inamori, HLSakai, T.Tanaka, H.Amano and I.Akasaki, Direct Patterning of the Current Confinement Structure for p-Type Column-Ill Nitrides by Low-Energy Electron Beam Irradiation Treatment, Jpn. J. Appl. Phys. V 34 (1995), p. 1190-1193

20. S.Nakamura, T.Mukai, M.Senoh and N.Iwasa, Thermal Annealing Effects on P-Type Mg-Doped GaN Films, Jpn. J. Appl. Phys. V 31 (1992), p. L139-142

21. M.Asif Khan, Q.Chen, R.A.Skogman, and J.N.Kuznia, Violet-blue GaN homojunction light emittihg diodes with rapid thermal annealed p-type layers, Appl. Phis. Lett. 66 (16), April 1995, p. 2046-2047

22. K.Riemann, M.Steube, O.Brandt, H.Yang, K.Ploog Direct comparison of the pressure-indused band gap shifts in cubic and hexagonal GaN J.Appl.Phys. 84 (5) 2971-2974(1998)

23. S.Chuchibu, H.Okumura, S.Nakamura, G.Feuileet, T.Sota, S.Yoshida Exciton spectra of cubic and hexagonal GaN films, JpnJ.Appl.Phys 36(1) 1976-1983 (1997)

24. B.Monemar, J.Bergman, I.Buyanova, W.Li, H.Amano, I.Akasaki, Free Excitons in GaN MRS Internet J. Nitride SernRes. 1 (1996) paper 2

25. F. Demangeot, J. Groenen, J. Frandon, M. A. Renucci, O. Briot, S. Clur, R. L. Aulombard, Coupling of GaN- and AIN-like longitudinal optic phonons in Gal xAlxN solid solutions Appl. Phys. Lett. 72, pp. 2674-2676 (1998).

26. D. Brunner, H. Angerer, E. Bustarret, F. Freudenberg, R. Hopler, R. Dimitrov, O. Ambacher, M.Stutzmann, Optical constants of epitaxial AlGaN films and their temperature dependenceJ. Appl. Phys. 82,5090-5096 (1997).

27. J.F. Muth, J.D. Brown, M.A. Jonson, Z. Yu , R.M.Kolbas , J.W. Cook, . and J. F. Schetcina Absorption coefficient and refractive index of GaN, A1N and AlGaN alloys, MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 4S1, G5.2 (1999)

28. H.Angerer, D.Brunner, O.Ambacher, M.Stutsmann, T.Metzger, E.Born, G.Dollinger, S.Karsh, H.Korner Determination of the A1 mole fraction and the band gap bowing of epitaxial AlGaN films Appl.Phys.Lett. 71 (11) 1504-1506 (1997)

29. W. Shan,a) J. W. Ager III, K. M. Yu, and W. Walukiewicz, E. E. Haller, M. C. Martin and W. R. McKinney,W. Yang Dependence of the fundamental band gap of AlxGai.xN on alloy composition and pressure, J.Appl.Phys. 85 p.8505-8508 (1999)

30. T.Someya, Y.Arakawa High-reflectivity GaN/GaAIN quarter-wave reflectors grown by metalorganic chemical vapour deposition Appl.Phys.Lett. 73 (25) 3653-3655 (1998)

31. M.Asif Khan, J.Kuznia, J.Van Hove, D.Olson Reflective filters based on single-crystal GaN/AlGaN multilayers deposited using low-pressure metalorganic chemical vapour deposition Appl.Phys.Lett. 59(12) 1449-1451 (1991)

32. R.Langer, A.Barski, J.Simon, N.Pelekanos, O.Konovalov, R.Andre, Le Dang High-reflectivity GaN/GaAIN Bragg mirrors at blue/green wavelengths grown by molecular beam epitaxy Appl.Phys.Lett.74(24) 3610-3612 (1999)

33. H.Ng, D.Doppalapudi, E.Iliopoulos, T.Moustakas Distributed Bragg reflectors based on AIN/GaN multilayers Appl.Phys.Lett. 74 (7) 1036-1038 (1999)

34. AXoukitu, N.Takahashi, T.Taki, H.Seki,, J.Cryst.Growth, 170 p.306 (1997)

35. H.Seki, A.Koukitu,, J.CrystGrowth 74 172 (1986)

36. A.Koukitu, N.Takahashi, T.Taki, H.Seki, Thermodynamic Analysis of InxGal-xN Alloy Composition Grown by Metalorganic Vapor Phase Epitaxy Jpn.J.Appl.Phys 35 L673 (1996)

37. G.Stringfellow,, J.CiystGrowth 58 194 (1982)

38. Toshihiro Asai and David S. Dandy Thermodynamic analysis of III-V semiconductor alloys grown by metalorganic vapor phase epitaxy J.Appl. Phys 88 p.4407-4417 (2000)

39. Y.Cho, G.Gainer, J.Fischer, J.Song, S.Keller, U.Mishra, S.DenBaars"S-shaped" temperature dependent emission shift and carrier dynamics in InGaN/GaN multiple quuntum wells, Appl. Phys. Lett. 73, 1370-1372 (1998).

40. S. Nakamura, G.Fasol: "The blue laser diode: GaN based light emitters and lasers.": Springer, 1997

41. I-hsiu Ho and G. B. Stringfellow, Solid phase immiscibility in GalnN, Appl. Phys. Lett. 69, 2701-2703 (1996).

42. D.Gerthsen, E.Hahn, B.Neubauer, ARosenauer, O.Shon, M.Heuken, A.Rizzi, Compositional fluctuation in InGaN analized by transmission electron microscoy. Phys.Sta.Sol. (a) 177 pp.145-153 (2000)

43. K. Tachibana, T. Someya, Y. Arakawa, Nanometer-scale InGaN self-assembled quantum dots grown by metalorganic chemical vapor depositionAppl. Phys. Lett 74, 383 (1999).

44. S. Nakamura, M. Senoh, S. Nagahama, N. Iwasa, T. Yamada, T. Matsushita, Y. Sugimoto, and H. Kiyoku, Subband emissions of InGaN multi-quantum-well laser diodes under room-temperature continuous wave operation Appl. Phys. Lett. 70, 2753 (1997).

45. Vertikov, A.V. Nurmikko; K. Doverspike, G. Bulman, and J. Edmond, Role of localized and extended electronic states in InGaN/GaN quantum wells under highinjection, inferred from near-field optical microscopyAppl. Phys. Lett. 73, 493-495 (1998)

46. K. Tachibana, T. Someya, and Y. Arakawa, Appl. Phys. Lett. 74, 383 (1999)

47. Dimensionality of excitons in InGaN-based light emitting devices Y.Kawakami, Y.Narukava, K. Omae, S.Fujita, S.Nakamura -phys.stat.sol. (a) 178 331-336 (2000)

48. Y.Narukawa, Y.Kawakami, M.Funato, S.Fujita, S.Nakamura, Role of self-formed InGaN quantum dots for exciton lokalization in the purple laser diode emitting at 420 nm, Appl. Phys. Lett. 70, pp.981-983 (1997)

49. M. K. Behbehani, E. L. Piner, S. X. Liu, and N. A. El-Masry6 S. M. Bedair Phase separation and ordering coexisting in In x Gal 2 x N grown by metal organic chemical vapor deposition, Appl.Phys.Lett 75 2202-2204 (1999)

50. T.Someya, YArakawa, Microphotoliiminescence images of InGaN single quantum well, JpnJ.Appl.Phys 38L1216-L1218 (1999)

51. M. D. McCluskey, L. T. Romano, B. S. Krusor, D. P. Bour, N. M. Johnson, S. Brennan Phase separation in InGaN/GaN multiple quantum wells Appl.Phys.Lett 72 1730-1732(1998)

52. L. T. Romano,M. D. McCluskey,C. G. Van de Walle, J. E. Northrup, D. P. Bour, and M. Kneissl,T. Suski and J. Jun Phase separation in InGaN multiple quantum wells annealed at high nitrogen pressures Appl.Phys.Lett 75 3950-3952 (1999)

53. X. Zhang, D. H. Rich,a) J. T. Kobayashi, N. P. Kobayashi, and P. D. Dapkus Carrier relaxation and recombination in an InGaN/GaN quantum well probed with time-resolved cathodoluminescence Appl.Phys.Lett 73 1430-1432 (1998)- Ill

54. K. L. Teo, J. S. Colton, and P. Y. Yu, E. R. Weber,M. F. Li and W. Liu, K. Uchida, H. Tokunaga, N. Akutsu, and K. Matsumoto An analysis of temperature dependent photoluminescence line shapes in InGaN Appl.Phys.Lett 73 1697-1699 (1998)

55. R.Martin, P.Middleton, K.O'Donnel, W.Van der Stricht Exciton localization and the Stokes' shift in InGaN epilayers Appl.Phys.Lett. 74(2) 263-265 (1999)

56. KO'Donnel, R.Martin, P.Middleton, Origin of luminiscence from InGaN diodes Phys.Rev.Lett. 82(1) 237-240 (1999)

57. J.I. Pankove, E.A. Miller, and J.E. Berkeyheiser, "GaN Electroluminescent Diodes," RCA Rev., 32 (1971), p. 383

58. S. Nakamura, M. Senoh, and T. Mukai, "P-GaN/N-InGaN/N-GaN Double-Heterostructure

59. Blue-Light-Emitting Diodes," Jpn. J. Appl. Phys, 32 (1993), p. L8.

60. S. Nakamura, T.Mukai, M.Senoh, S.Nagahama, "High-Power InGaN Single-Quantum Well-Structure Blue and Violet Light-Emitting Diodes," Appl. Phys. Lett, 67 (1995), p. 1868

61. S. Nakamura, T. Mukai, and M. Senoh, "High-Power GaN p-n Junction Blue-Light-Emitting Diodes," Jpn. J. Appl. Phys, 30 (1991), p. L1998

62. S. Nakamura, T. Mukai, and M. Senoh, "Candela-Class High-Brightness InGaN/AlGaN Double-Heterostructure Blue-Light-Emitting-Diodes," Appl. Phys. Lett., 64 (1994), p. 1687.

63. S.Nakamura, T.Mukai, M.Senoh, S.Nagahama, N.Iwasa, InxGa(l-x)N/InyGa(l-y)N superlattices grown on GaN films, J.Appl.Phys 74 p.3911-3916 (1993)

64. S. Nakamura et al, "High-Brightness InGaN Blue, Green and Yellow Light-Emitting Diodes with Quantum Well Structures," Jpn. J. Appl. Phys, 34 (1995), p. L797.

65. S. Nakamura, Т. Mukai, and M. Senoh, "ffigh-Power GaN p-n Junction Blue-Light-Emitting Diodes," Jpn. J. Appl. Phys., 30 (1991), p. L1998

66. Chuong A. Tran, A. Osinski,a) and R. F. Karlicek, Jr.I. Berishev Growth of InGaN/GaN multiple-quantum-well blue light-emitting diodes on silicon by metalorganic vapor phase epitaxy Appl.Phys.Lett 75, 1474-1476 (1999)

67. В.Е.Кудряшов, К.Г.Золин, А.Н.Туркин, АЭ.Юнович, А.Н.Ковалев, Ф.И.Маняхин Туннельные эффекты в светодиодах на основе гетероструктур InGaN/AlGaN/GaN с квантовыми ямами, ФТП 31 с.1304-1308 (1997)

68. В.Е.Кудряшов, А.Н.Туркин, А.Э.Юнович, А.Н.Ковалев, Ф.И.Маняхин, Люминесцентные и электрические свойства светодиодов InGaN/AlGaN/GaN с множественными квантовыми ямами, ФТП 33 с.445-448 (1999)

69. АН.Ковалев, Ф.И.Маняхин, В.Е.Кудряшов, А.Н.Туркин, А.Э.Юнович, Изменения люминесцентных электрических свойств светодиодов из гетероструктур InGaN/AlGaN/GaN при длительной работе, ФТП 33 с.224-227 (1999)

70. R.Dingle, K.Shaklee, R.Leheny, R.Zetterstrom Stimulated emission and laser action in Gallium Nitride Appl.Phys.Lett. 19(1) 5-7 (1971)

71. S.Bidnyk, B.Little, T.Schmidt, Y.Cho, J.Krasinski, J.Song, W.Yang, W.Perry, M.Bremser, R.Davis Stimulated emission in GaN thin films in the temperature range of 300-700K J.Appl.Phys. 85(3) 1792-1795 (1999)

72. S.T.Kim, H.Amano, I.Akasaki Surface-mode stimulated emission from optically pumped GalnN at room temperature Appl.Phys.Lett. 67 (2) 267 (1995)

73. M.Asif Khan, S.Krishnankutty, R.A.Skogman, J.N.Kuznia, D.T.Olson, T.George, Vertical-cavity stimulated emission from photopumped InGaN/GaN heteroj unctions at room temperature Appl.Phys.Lett. 65 (5) 520 (1994)

74. D. M. Bagnall and K. P. O'Donnell Comment on "Vertical-cavity stimulated emission from photopumped InGaN/GaN heterojunctions at room temperature" Appl. Phys. Lett. 68,31971996)

75. M. Asif Khan, S. Krishnankutty, R. A. Skogman, J. N. Kuznia, and D. T. Olson, T.George Response to "Comment on 'Vertical-cavity stimulated emission from photopumped InGaN/GaN heterojunctions at room temperature' "Appl. Phys. Lett. 68,3197(1996)

76. An optically pumped GaN/AlGaN vertical cavity surface emitting laser J.Redwing, D.Loeber, N.Anderson, M.Tishler, J.Flynn Appl.Phys.Lett 69(1) 1-3 (1996)

77. ASatake, Y.Masumoto, T.Miyajima, T.Asatsuma, M.Ikeda Lokalized exciton and its stimulated emission in InGaN multiple quntum wells, J.Ciyst.Growth 189 p.601-605 (1998)

78. M.Smith, G.Chen, J.Lin, H.Jiang, Q.Chen, Time-resolved photoluminescence studies of InGaN epilayers, Appl.Phys.Lett 69 2837-2839 (1996)

79. S.Chichibu, T.Azuhata, T.Sota, SNakamura, Spontaneous emission of localized excitons in InGaN single and multiquantum well structures, Appl.Phys.Lett 69 4188-4190 (1996)

80. Y.Narukawa, Y.Kawakami, S.Fujita, S.Nakamura, Recombination dynamics of localized excitons in In0.20Ga0.80N-In0.05Ga0.95N multiple quantum wells, Phys.Rev.B 55 R19381997)

81. J.Ding, HJeon, T.Ishihara, M.Hagerrot, ANurmikko, H.Luo, N.Samarath, JJurdina,, Phys.Rev.Lett 69 1707-1710(1992)

82. T. Someya , R. Werner , A. Forchel, and Y. Arakawa, Growth and Structural Characterization of InGaN Vertical Cavity Surface Emitting Lasers Operating at Room Temperature, phys. stat. sol. (a) 176, 63-66 (1999)

83. Y.Song, A.Nurmikko, R.Schneider, C.Kuo, M.Krames, R.Kern, F.Kish , A quasicontinuous wave, optically pumped violet vertical cavity surface emitting laserAppl.Phys.Lett. 76 1662-1664 (2000)

84. P.Mackowiak, W.Nakwaski, Threshold currents of nitride vertical-cavity surface-emitting lasers with various active regions MRS Internet journal of nitride sem. Research V.3 article 35

85. Lasing emission from an In0.1Ga0.9N Vertical cavity surface emitting laser T.Someya, K.Tachibana, J.Lee, T.Kamiya, Y.Arakawa Jpn.J.Appl.Phys. 37 L1424-L1426 (1998)

86. Y.Song, M.Diagne, H.Zhou, A.Nurmikko, R.Schneider, T.Takeuchi Resonant-cavity InGaN quantum-well blue light-emitting diodes Appl.Phys.Lett 77(12) 1744-1746 2000

87. S.Nagahama, N.Iwasa, M.Senoh, T.Matsushita, Y.Sugimoto, T.Kozaki, T.Mukai High-power and long-lifetime InGaN multi-quantum-well laser diodes grown on low dislocation density GaN substrates Jpn.J.Appl.Phys. 39 L647-L650 (2000)

88. N. Kirstaedter, N.N. Ledentsov, M. Grundmann, D. Bimberg, U. Richter, S.S. Ruvimov, P. Werner, J. Heydenreich, V.M. Ustinov, M.V. Maximov, P.S. Kop'ev, and Zh.I. Alferov, Electronics Letters 30, 1416 (1994).