Особенности формирования активной области InGaN/(In,Al)GaN для светоизлучающих приборов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

004609872

На правах рукописи

СИЗОВ Виктор Сергеевич

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ 1пОаМ/(1п,А1)ОаК АКТИВНОЙ ОБЛАСТИ ДЛЯ СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИХ ПРИБОРОВ

(Специальность 01.04.10-физика полупроводников и диэлектриков.)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2010

- 7 0К7 20Ю

004609872

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

Научный руководитель: кандидат физ.-мат. наук, с.н.с. ФТИ им. Иоффе

А.Ф. Цацульников.

Официальные оппоненты: доктор физ.-мат. наук, проф. СПбГПУ

Сидоров Валерий Георгиевич.

доктор физ.-мат. наук, проф. ФТИ им. Иоффе Сейсян Рубен Павлович

Ведущая организация: Институт Аналитического

Приборостроения РАН

Защита состоится 21.10.2010 в II30 час. на заседании диссертационного совета Д002.205.02 при Физико-Техническом институте им. А.Ф. Иоффе по адресу: 194021, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, д.26.

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

Автореферат разослан 14.09.2010

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор физ.-мат. наук Л. М. Сорокин.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы.

На сегодняшний день большинство полупроводниковых приборов получают на основе квантоворазмерных гетероструктур. Наибольшее количество исследований в этой области посвящается системе АЗВ5. Одним из основных применений квантоворазмерных гетероструктур являются светоизлучающие приборы: лазеры и светодиоды. Наиболее бурно развивается в последнее время технология получения светоизлучающих приборов на основе соединений нитрида галлия. Это связано с тем, что ширина запрещенной зоны этих соединений и их твердых растворов может варьироваться в диапазоне энергий соответствующих длинам волн от ультрафиолетового до инфракрасного. Другим привлекательным качеством нитридов элементов третьей группы являются их выдающаяся термическая, механическая и химическая стойкость.

Являясь одной из наиболее бурно развивающихся отраслей промышленности, полупроводниковая микроэлектроника охватывает всё более новые материалы, расширяя тем самым области применения и повышая качество полупроводниковых приборов. Уменьшение длины волны излучения лазера в оптических устройствах хранения информации приводит к значительному увеличению плотности записи. Использование светодиодов видимого диапазона позволяет создавать полноцветные светодиодные дисплеи, с высокими показателями контраста и цветопередачи. Являясь более надёжными и эффективными чем традиционные лампы, светоизлучающие диоды (СИ) используются в системах общего освещения.

Прорыв в развитии технологии получения нитридов-элементов третей группы произошёл в 1986 году, когда Amano обнаружил значительное усовершенствование качества эпитаксиальных слоев GaN при использовании зародышевого слоя A1N [2]. Именно использование таких зародышевых слоев позволило создать СД для видимого диапазона. Но отсутствие согласованных подложек вынуждает использование инородных подложек, что приводит к росту слоев GaN с большой плотностью дефектов и дислокаций, являющихся центрами безызлучательной рекомбинации. Однако использование ультратонких слоёв InGaN в активной области приборов помимо обеспечения желаемой энергии оптического перехода варьированием содержания индия, приводит к образованию локализующих центров, вследствие тенденции слоёв InGaN к фазовому распаду [3]. Наличие этих локализующих центров подавляет транспорт носителей к безызлучательным центрам, значительно повышая эффективность приборов. Будучи очень чувствительным к условиям выращивания фазовый распад InGaN может иметь различный характер, значительно тем самым влияя на оптические и транспортные свойства структур. Поэтому хорошее понимание процессов формирования активной области (АО), а также связь структурных свойств с оптическими характеристиками чрезвычайно важны для разработки приборов на основе III- нитридов.

Основная цель данной работы - исследование оптических, транспортных и структурных свойств квантоворазмерных гетероструктур с активной областью InGaN/(Al,In)GaN различного дизайна, предназначенных для создания эффективных светодиодных приборов видимого диапазона.

Научная новизна работы

• Показано, что в структурах с InGaN/(Al,In)GaN активной областью присутствует три канала безызлучательной рекомбинации, ответственных за различные механизмы транспорта к центрам безызлучательной рекомбинации (БР): захват на центры БР расположенные вблизи локализованных состояний, захват через состояния расположенные выше уровня протекания, и захват через состояния в матрице. Каждый из этих механизмов доминирует в определённом температурном диапазоне, определяемом характером неоднородности активной области.

• Показано, что короткопериодные сверхрешётки InGaN/GaN отражают свойства неоднородного массива квантовых точек. Использование короткопериодных сверхрешёток InGaN/GaN в дизайне светодиодных структур позволяет улучшить характеристики приборов.

• Изучено взаимное влияние различных слоёв активной области на эффективность и характер вхождения индия при создании активной области InGaN/GaN. Исследовано влияние состава матрицы на свойства активной области структур с InGaN/(Al)GaN активной областью. Показано, что состав материала матрицы сильно влияет на структурные и оптические свойства активной области.

• Предложен и реализован новый метод формирования квантовых точек InGaN основанный на in-situ наномаскировании слоем A1N.

• Исследован туннельный механизм транспорта носителей. Обнаружено, что туннельный механизм транспорта носителей оказывает значительное влияние на характеристики структур с 1пОаЫ/(А1,1п)ОаН активной областью.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В структурах с InGaN/(Al,In)GaN активной областью присутствуют три канала, ответственные за различные механизмы транспорта носителей к центрам безызлучательной рекомбинации: захват на центры, расположенные вблизи локализованных состояний, захват через состояния расположенные выше уровня протекания, и захват через состояния в матрице.

2. Характерное время туннельной утечки носителей из активного слоя 1пСаЫ светодиодной структуры зеленого диапазона сравнимо со временем излучательной рекомбинации.

3. При эпитаксиальном росте 1пОаЫ/ОаЫ активной области светодиодов зелёно-жёлтого диапазона с множественными квантовыми ямами, эффективность вхождения индия увеличивается для каждого последующего слоя 1пОаМ в результате частичной релаксации упругих напряжений.

4. Для структур зелёного диапазона осаждение слоёв 1пОаЫ в матрицу АЮаЫ приводит к увеличению среднего состава по индию и подавлению фазового распада по сравнению с матрицей ОаЫ.

5. Использование короткопериодных сверхрешёток 1пОаЫ/ОаН в активной области светодиодов значительно увеличивает эффективность излучения благодаря улучшению условий инжекции и структурного совершенства активной области.

Научная и практическая ценность. Разработана модель транспорта и рекомбинации, позволяющая связать оптические и структурные свойства структур с 1пОаМ/(1п,А1)ОаЫ активной областью. Исследовано влияние условий роста на формирование активной области.

Впервые получены и исследованы короткопериодные сверхрешётки 1пОаШ]гаМ, выращенные методом периодической конвертации поверхностного слоя 1пОаМ Показано, что использование короткопериодных свсрхрешёток [пСаК/ОаЫ в активной области позволило значительно улучшить характеристики светодиодных структур. Впервые предложен и реализован метод формирования КТ с большим составом по индию методом /и-ж/'й/ наномаскирования, что может быть использовано для расширения спектрального диапазона светоизлучающих приборов.

Показана важность туннельного механизма транспорта носителей в светодиодных структурах с [пОаЫ/ОаЫ активной областью, что поможет при разработке дизайна структур.

Апробация работы

• 7-й Всероссийская конференция «Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и ириборы» 1-3 февраля 2010 года Москва.

• 6-й Всероссийская конференция «Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы» 18-20 июля 2008 года Санкт-Петербург

• 5-й Всероссийская конференция «Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы» 31января-2 февраля 2007 года Москва

• 4-й Всероссийская конференция «Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы» 3-5 июля 2006 года Санкт-Петербург XII All Russian Scientific Conference Students- physicist (2006)

• "Nanaostructures Physics and Technology", St-Petersburg, June 25-30, 2006

• 6-th international conference on nitride semiconductors, ICNS6, August 28- September 2,2005, Bremen, Germany

• International summer school "Self-Organised Nanostructures" Cargese, 17-23 July 2005

• IV All Russian Conference 'Nitrides of Gallium, Indium and Aluminum: Structures and devices' St. Petersburg, July 3 -5, 2005.

• "Nanostructures Physics and Technology", St-Petersburg, June 20-25, 2005

• 7-th international conference PHOTONICS2004, 2004 December 9-11, Kochin, India.

• 2004 IEEE International Conference on Semiconductor Electronics, Kuala Luptur, Malaysia, 2004 December 9-7

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 12 печатных работах, в том числе 8 - в научных статьях и 4 - в материалах конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 115 страницах машинописного текста. Диссертация включает также 79 рисунков и 5 таблиц. Список литературы состоит из 112 наименований. Общий объем диссертационной работы составляет 129 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

Первая глава содержит литературный обзор, посвященный оптическим и структурным свойствам нитридов элементов Ш-группы. Рассмотрены особенности, характерные для гетероструктур 1пОаЫ/(А1)ОаЫ такие как: сильные упругие напряжения на гетерогранице, большие неоднородности активной области, эффект Штарка и пр. Приводится историческая справка о получении нитридов, а также рассматриваются особенности выращивания нитридов на сапфировых подложках. Обсуждается природа локализующих слоев 1пОаЫ, их свойства и влияние на оптические характеристики гетероструктур 1пОаЫ/ОаЫ. Приведён обзор существующих на данный момент пониманий механизмов транспорта носителей, обсуждаются механизмы безызлучательной рекомбинации. Рассмотрены основные сложности в получении эффективных приборов на основе нитридов элементов Ш-группы, такие как: безызлучательная и оже - рекомбинация, пространственное разделение носителей вследствие эффекта Штарка и пр. Приводятся возможные пути решения этих проблем.

Во второй главе описываются применявшиеся в процессе работы экспериментальные методики и технологическое оборудование. В работе исследовались эпитаксиальные структуры, полученные методом ГФЭ МОС на установках Ер!яшр УР-50 ЯР и А1х1гоп 2000 НТ. Рассматривается устройство установок, а также преимущества ГФЭ МОС для получения гетероструктур. Все образцы, исследованные в работе, выращивались при использовании подложек из сапфира ориентации [0001]. В качестве источников элементов третьей группы используются триметилгаллия (ТМГ) триэтиллгаллия (ТЭГ) триметиллалюминия (ТМА) и триметилиндия

(ТМИ). В качестве источника магния (легирующей примеси) используется бисциклопентадиэнил магния (Cp2Mg). Для легирования донорами (атомами кремния) применяется газ силан (SiH4) В качестве источника элемента пятой группы (азота) используется аммиак (NH3). Газами носителями являются азот и водород. Дано описание структур, исследованных в работе. Из оптических методов исследования в работе применялись фотолюминесценция (ФЛ) и электролюминесценция (ЭЛ). Дальнее поле ФЛ измерялось как в непрерывном режиме, так и с временной развёрткой. При измерении непрерывной ФЛ для надбарьерного возбуждения использовался лазер He-Cd с длиной волны основной линии 325 нм и мощностью 10 мВ. Для резонансного возбуждения использовались полупроводниковый лазер с длиной волны основной линии 405 нм и мощностью 1-100 мВ или газоразрядная Хе+ лампа. Для регистрации ФЛ использовался монохроматор МДР-23 и фотоэлектронный умножитель (ФЭУ - 83). При измерении спектров ФЛ с временным разрешением структуры возбуждались Ti-AL03 лазером с длиной импульса порядка 10 пикосекунд и длиной волны 405 нм. Для регистрации спектров использовалась Streak Camera Hamamatsu. Ближнее поле ФЛ измерялось при помощи сканирующего микроскопа ближнего поля высокого разрешения с разрешением менее 100 нм и детектировалось при помощи CCD-камеры. Для увеличения пространственного разрешения измерений ФЛ в работе применялось нанесение наноапертур методом электронной литографии, диаметр апертур составлял 120 и 3000 нм. Структуры исследовались методами просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ), атомно-силовой микроскопии (АСМ), рентгеновской дифрактомстрии, сканирующей электронной микроскопии.

В третьей главе рассматриваются общие оптические свойства структур с InGaN/GaN активной областью. Представлены результаты измерений ФЛ ближнего поля, показано, что спектры ФЛ содержат как узкие линии (ширина меньше 1 мэВ) ответственные за излучение КТ (измерения диамагнитного сдвига показывают, что размер КТ составил порядка 2-3 нм.) так и более широкие линии - ответственные за более крупные области. В зависимости от технологических режимов выращивания в структурах могут доминировать КТ (неоднородности малого размера 1-5 нм) или более крупные неоднородности. Для описания транспортных и оптических свойств структур с КТ рассматривается статистическая модель, описывающая неоднородный массив КТ, помещённый в резервуар, через который КТ обмениваются носителями. В рамках этой модели хорошо описываются экспериментальные результаты ФЛ и ЭЛ структур с КТ при различной температуре и плотности накачки. В зависимости от плотности накачки, температуры и глубины локализации может реализовываться неравновесная статистика носителей, что также наблюдается в эксперименте. С помощью этой модели оцениваются характерные энергии активации, времена жизни и степень однородности массива КТ, что позволяет связать оптические и структурные свойства структур.

Для описания механизмов транспорта и рекомбинации в структурах с преобладанием крупных неоднородностей или структур с неоднородной квантовой ямой в работе разработана модель, учитывающая три канала безызлучательной рекомбинации: через уровни в матрице, через остаточную квантовую яму и через безызлучательные центры, расположенные рядом с локализованными состояниями. Для каждого канала получены характерные энергии активации для структур,

выращенных в различных технологических режимах. Энергии активации связаны с характером неоднородности распределения индия в активной области.

Обнаружено, что увеличение давления в реакторе от 100 до 600 мбар приводит к стимуляции фазового распада и формированию активной области, состоящей из локально обогащенных индием областей с латеральными размерами порядка 5-20 нм. Это приводит к увеличению глубины локализации носителей, что отражается в оптических свойствах. Другим методом стимуляция фазового распада является заращивание слоя 1пОаЫ слоем 1пОаК меньшего состава по индию или использование 1пОаИ в качестве матрицы. Увеличение локализации носителей приводит к подавлению латерального транспорта и увеличено эффективности структур. Показана лучшая термическая стабильность эффективности излучения структур с активированным фазовым распадом. Приведённые в работе данные ПЭМ согласуются с результатами оптических измерений. Для увеличения энергии локализации носителей относительно матрицы в структурах, излучающих в УФ диапазоне (390-400 нм) было предложено использование более широкозонной, чем ОаЫ, матрицы АЮаК Увеличение энергии локализации подтверждается оптическими измерениями. Оптические и структурные свойства структур хорошо согласуется с моделью транспорта и безызлучательной рекомбинации предложенной в работе. Светодиодные структуры с матрицей АЮаЫ показывают лучшую термическую стабильность и большее значение внешнего квантового выхода излучения, чем аналогичные структуры с матрицей ОаК В работе исследовалось влияние матрицы АЮаЫ на формирование ¡пваМ активной области структур, излучающих в зелёной области. Обнаружено, что несмотря на увеличение локализации носителей

относительно матрицы, в структурах с матрицей АЮаЫ наблюдается увеличение среднего состава по индию, а также подавление фазового распада, приводящего к увеличению латерального транспорта, по сравнению со стандартной матрицей ОаГЧ.

В четвертой главе приводятся результаты исследования короткопериодных сверхрешёток (КПСР) 1пСа1\70аМ, полученных методом периодической конвертации поверхностного слоя 1пОаЫ в ОаЫ. КПСР 1пОаМЛЗаЫ выращивалась путём циклического осаждения In0.1Gao.9N 2 нм с дальнейшим прерыванием роста: выключение потоков, обеспечивающих элементами Ш-группы, в течении 20 секунд с использованием водородно-азотной атмосферы в соотношении Ы2:1Ь = 7:3. Во время прерывания роста происходила конвертация поверхности слоя 1пОаЫ с испарением индия и образованием слоя GaN толщиной 1 нм. Таким образом, формировалась КПСР 1пОаМ/СаЫ - 1нм/1нм. Данные ПЭМ высокого разрешения показывают, что КПСР представляют собой массив индий обогащенных островков размерами 1-3 нм включенных в матрицу InGaN малого (<5%) состава (рис. 1а). Это говорит о неравномерном характере конвертации слоев 1пОаЫ, что помимо всего прочего приводит к слипанию индий обогащенных островков из соседних слоев КПСР.

При увеличении пространственного разрешения до 120 им линия излучения КПСР, которая при измерении стандартной ФЛ имела ширину порядка ЮОмэВ с центром около 405 нм, распадается на совокупность более узких линий (вкладка рис. 16). Поведение линии ФЛ с температурой характерно для неоднородного массива КТ и хорошо описывается моделью, рассмотренной в первой главе, давая значение ширины функции распределения массива КТ по энергиям 250 мэВ. Таким образом, показано, что КПСР представляет собой неоднородный массив КТ. Осаждённый на

такую КПСР слой 1пваЫ по данным ПЭМ представляет собой неоднородную квантовую яму. При увеличении пространственного разрешения линии ФЛ от слоя [пваЫ не меняла формы (Рис. 16) Температурное поведение ФЛ также было характерно для неоднородной

10К

— —Апертура 3 мкм Апертура 120 нм

г Линия

Эенргия фотона, зВ

Рис. I (а) - карта распределения напряжений, полученная с помощью ПЭМ. (б) -спектры ФЛ КПСР и слоя lnGaN при различном пространственном разрешении.

квантовой ямы, подтверждая тем самым данные ПЭМ (Рис. 1а). Были исследованы светодиодные структуры с новым дизайном активной области на основе КПСР. Были выращены серии структур, в которых КПСР располагалась под активной областью, над активной областью или с обеих сторон. Также варьировалась толщина барьера между нижней КПСР и активной областью 1пСаЫ/ОаЫ. Исходя из анализа зависимостей внешней квантовой эффективности от плотности тока и температурных измерений ФЛ с резонансным возбуждением обнаружено: что использование КПСР под активной областью уменьшает плотность безызлучательных центров в активной области, а использование КПСР над активной областью улучшает

условия инжекции. Варьирование толщины барьера между нижней КПСР и активной областью позволяет регулировать степень фазового распада и управлять латеральным транспортом носителей, а также подавлять утечку дырок в n-область структуры. Таким образом, сочетание оптимальных толщин барьеров и использование КПСР позволяет в несколько раз увеличить внешний квантовый выход структур сине-зелёного диапазона.

В первой части пятой главы проводятся исследования по формированию активной области для структур глубокого зелёного диапазона. Исследованы многослойные InGaN/GaN структуры с высоким содержанием индия (>20%). Обнаружено, что для таких структур увеличение числа слоёв InGaN приводит к увеличению содержания индия в верхнем слое InGaN. Показано, что это связано с увеличением эффективности вхождения индия при уменьшении напряжения растущего слоя. При выращивании каждого следующего слоя напряжения частично релаксируют, что и приводит к увеличению состава по индию следующего слоя InGaN.

На основании сильной зависимости встраиваемости индия от напряжения в работе был предложен и реализован новый метод формирования индий обогащенных наностровков (КТ) методом in-situ наномаскирования слоем A1N. При осаждении слоя A1N малой толщины (порядка 1 нм) на буферный GaN, AIN получается не сплошной. Известно, что GaN, в отличие от A1N, в присутствии водорода нестабилен, поэтому при помещении структуры в атмосферу водорода GaN частично вытравливается в местах, не покрытых A1N. В области ямки травления нарушение сплошности напряженного слоя A1N должно приводить к его локальной релаксации и локальному увеличению параметра решетки GaN. При дальнейшем осаждении слоя InGaN в релаксированных областях будет

Рис. 2 (а) - ЛСМ изображение структуры с использованием наномаскирования с одним слоем InGaN (б) - профиль поверхности структуры вдоль линий 1,2 отмеченных на рис. 2 (а).

происходить стимуляция фазового распада InGaN с образованием индий обогащенных островков. На рис. 2(a) представлено АСМ изображение структуры с использованием наномаскирования с одним слоем InGaN толщиной 2.5 нм, заключённым между барьерами GaN толщиной Ihm. На изображении чётко разрешаются два вида островков: с размерами ~ 10 нм и плотностью, соответствующий плотности ямок травления (5-7*109 см"2), и более крупных, с размерами 30-100 нм и плотностью, соответствующей ямкам от прорастающих дислокации (10s см"2). Высота островков обоих типов 4.5 нм, что равняется суммарной GaN-lnGaN-GaN толщине (рис. 2(6)). Исследования структур без наномаскирования не выявило образования подобного плотного массива индий обогащенный островков. Таким образом, можно утверждать, что образование индий обогащенных островков связано с ямками травления. Исследования ФЛ показывают наличие двух линий ФЛ с центром 2.15 мэВ и 2.55 мэВ для структуры с наномаскированием и только одной (2.55 мэВ) для структуры без наномаскирования. Длинноволновая линия связана с ФЛ индий обогащенных островков, сформированных в ямках травления, а коротковолновая линия с ФЛ от слоя InGaN расположенного между островками.

Во второй части пятой главы исследуется туннельный механизм транспорта носителей в структурах с InGaN/GaN активной областью. Моделирование этого процесса с учётом Больцмоновского распределения носителей по энергиям показывает, что характерное время туннельной утечки носителей через треугольный барьер из квантовой ямы сравнимо со

временем жизни носителей (1-10 не). На рис. 3(а) представлены расчётные зависимости времени туннельной утечки носителей при различной

а

б

1в

О 200 «0 600 800 1000 1200 1400

Время, Пкс

Рис. 3 (а) - Расчётные зависимости времени туннельной утечки электронов и дырок для структуры В. (б)- Зависимость интенсивности ФЛ от времени для структуры В, полученные при температуре 300 К

толщине основания барьера в структуре с 1пОаМЛЗаЫ активной областью излучающей на длине волны 500 нм. Из рисунка видно, что в зависимости от температуры и толщины барьера может реализовываться доминирование как электронной, так и дырочной утечки. Таким образом, при анализе этого процесса необходимо учитывать оба типа носителей.

Для экспериментального исследования туннельного транспорта носителей были исследованы спектры ФЛ светодиодных структур сине-зелёного и зелёного диапазона при различном внешнем смещении и температуре. Для исключения эффектов, связанных с изменением условий инжекции при изменении внешнего смещения, использовалась подбарьерная накачка (с энергией возбуждающего фотона меньшей, чем ширина запрещённой зоны ОаМ). При увеличении обратного смещения ФЛ распадалась на две линии, одна из которых испытывала коротковолновый сдвиг, характерный для системы ЫСаМ/ваМ, что есть следствие эффекта

Штарка. Вторая линия располагалась на больших длинах волн и её положение оставалось неизменным при изменение внешнего смещения. Исследования ФЛ с временным разрешением при различном внешнем смещении показывают наличие двух характерных времён спада ФЛ (рис. 3(6)). Более быстрый спад интенсивности ФЛ, с характерным временем порядка 30 пкс связан с ФЛ областей, расположенных вблизи дислокаций. Положение линия ФЛ этих областей оставалось неизменным при увеличении внешнего смещения. Как обсуждалось выше, эффективность вхождения индия сильно зависит от напряжений, поэтому максимум линии ФЛ от областей вблизи дислокаций располагается на больших длинах волн, поскольку наличие дислокаций приводит к локальной релаксации напряжений. Второе характерное время спада уменьшалось с увеличением обратного смещения. Это связано с увеличением скорости туннельной утечки, так как при увеличении обратного смещения уменьшается толщина треугольного барьера. Сравнение спектров ФЛ, измеренных в разные промежутки времени показывают не типичный для таких систем коротковолновый сдвиг ФЛ со временем. Аномальное поведение также объясняется наличием двух типов областей. Сравнение экспериментальных данных с расчётными зависимостями даёт хорошее согласие. Показано, что уменьшение глубины локализации и повышение температуры приводит к увеличению туннельного транспорта через барьер для структур с [пОзЫ активной областью, что хорошо согласуется с моделью. Увеличение времени жизни, что характерно для структур с большим содержанием индия в слоях InGaN также увеличивает значимость туннельного транспорта носителей.

В заключении приводится основные результаты работы, которые состоят в следующем:

1. Исследованы транспортные свойства структур с 1пОаЫ/(1п,А1)ОаМ атыюй областью. Показано, что в структурах с 1пОаЩА1,1п)ОаЫ активной областью присутствует три канала безызлучательной рекомбинации ответственных за различные механизмы транспорта к центрам безызлучательной рекомбинации (БР): захват на центры БР расположенные вблизи локализованных состояний, захват через состояния расположенные выше уровня протекания, и захват через состояния в матрице. Каждый из этих механизмов доминирует в определённом температурном диапазоне, определяемом характером неоднородности активной области.

2. Показано, что заращивание InGaN активной области слоем 1пОаК меньшего состава по индию или осаждение в матрицу 1пСаЫ приводит к стимуции фазового распада активной области 1пОаЫ.

3. Использование матрицы АЮаЫ в активной области светодидов позволяет увеличить эффективность структур? излучающих в УФ области спектра.

4. Выращивание тонких слоёв ¡пваН с большим содержанием индия в матрицу АЮаЫ приводит к увеличенью среднего состава по индию и подавлению фазового распада.

5. Изучены структурные и оптические свойства короткопериодных сверхрешёток ГпСаМЛЗаМ. Показано, что короткопериодные сверхрешётоки 1пОаЫ/ОаЫ представляют собой частично периодичную структуру областей локально

обогащенных индием, с оптическими свойствами, характерными для неоднородного массива КТ. Использование короткопериодных сверхрешёток 1аС}аЫ/ОаЫ в активной области светодиодов позволило значительно увеличить эффективность структур.

6. Показано, что в случае многослойной структуры нижележащие слои в активной области значительно влияют на формирование слоев 1пваЫ в активной области для структур зелёного диапазона вследствие сильной зависимости эффективности вхождения индия от напряжения растущего слоя.

7. Исследован туннельный механизм транспорта носителей в структурах с активной областью 1пОаМ/ОаЫ. Показано, что такой механизм оказывает сильное влияние на оптические свойства и характеристики структур.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Использование короткопериодных сверхрешеток InGaN/GaN в светодиодах синего диапазона, В. С. Сизов, А. Ф. Цацульников, А. В. Сахаров, В. В. Лундин, Е. Е. Заварин, И. А. Черкашин, М. J. Hytch, А. Е. Николаев, А. М. Минтаиров, YanHe, J.L. Merz, ФТП,2010, том 44, выпуск 7.

2. Мост через «зеленую долину». По пути к RGB источникам белого света А.Ф. Цацульников, В.В Лундин, A.B. Сахаров, Е.Е. Заварин, С.О. Усов, А.Е. Николаев, Н.В. Крыжановская, М.А. Синицын, B.C. Сизов, H.A. Черкашин, А.Е. Черняков, А.Л. Закгейм, М.Н. Мизеров, 7-й Всероссийская

конференция «Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы» 1-3 февраля 2010 г. Москва.

3. Оптимизация активной области светодиодов на основе Ill-нитридов, В. С. Сизов, А. Ф. Цацульников , А. В. Сахаров , В. В. Лундин , Е. Е. Заварин ,

A. Е. Николаев, 7-й Всероссийская конференция «Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы» 1-3 февраля 2010 года Москва.

4. Формирование индий-обогащенных островковых структур методом in-situ наномаскирования, Е. Е. Заварин, А. В. Сахаров, В. В. Лундин, Д.

B. Давыдов, В. С. Сизов, А. Ф. Цацульников, ПЖТФ, 2009, т. 35, в. 21.

5. Влияние релаксации напряжений на формирование активной области lnGaN/(Al)GaN гетероструктур для светодиодов зеленого диапазона

A. В. Сахаров, В. В. Лундин, Е. Е. Заварин, М. А. Синицын, А. Е. Николаев,

C. О. Усов, В. С. Сизов, Г. А. Михайловский, Н. А. Черкашин, M. Hytch, F. Hue, Е. В. Яковлев, A.B. Лобанова, А. Ф .Цацульников, ФТП , 2009, том 43, выпуск 6. стр.841.

6. Фазовый распад и безызлучательная рекомбинация носителей в активных областях светоизлучающих приборов на основе InGaN квантовых точек в матрице GaN или AlGaN, B.C. Сизов, А. А. Гуткин, А. В. Сахаров, В. В. Лундин, П. Н. Брунков, А.Ф. Цацульников ФТП, 2009, том 43, выпуск 6. стр.836

7. Исследование транспорта и безызлучательной рекомбинации носителей между слоями квантовых точек InGaN/(Al)GaN' 6-я Всероссийская конференция «нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы» B.C. Сизов, А. В. Сахаров, А. Ф .Цацульников, В. В. Лундин, 18-20 июля 2008 года Санкт-Петербург

8. Нановключения InGaN в матрице AlGaN, В.С.Сизов, А.Ф.Цацульников,

B.В.Лундин, ФТП, 2008, том 42, выпуск 7 804

9. Sizov D.S. , Sizov V.S, Lundin V.V. Zavarin E.E. , Tsatsul'nikov A.F., Musikhin Yu.G., Vlasov A.S., Ledentsov N. N., Mintairov A. M., Sun K., Merz, "Investigation of InGaN/GaN and InGaN/InGaN QDs grown in a wide pressure MOCVD reactor", International Journal of Nanoscience Vol. 6, No. 5 (2007) 327-332

10. Неравновесная заселенность носителей в структурах с глубокими квантовыми точками InGaN, Д.С.Сизов, Е.Е.Заварин, Н.Н.Леденцов, В.В.Лундин, Ю.Г.Мусихин, В.С.Сизов, Р.А.Сурис, А.Ф.Цацульников, ФТП 41 (5) 595 (2007).

11. Исследование латерального транспорта носителей в структурах с квантовыми точками InGaN в активной области, В.С.Сизов, Д.С.Сизов, Г.А.Михайловский, Е.Е.Заварин, В.В.Лундин, А.Ф.Цацульников, Н.Н.Леденцов, ФТП, 2006, том 40, выпуск 5, 589-596

12. Localization of non-equilibrium carriers in deep InGaN quantum dots and its impact on the device performance, Sizov D.S., Sizov V.S, Lundin V.V. Zavarin E.E., Tsatsul'nikov A.F., Vlasov A.S., Musikhin Yu.G., Ledentsov N. N., Mintairov A. M., Sun K., Merz J., Physica status solidi (c) Volume 3, Issue 6, Date: June 2006, Pages: 2043-2047

Цитированная литература:

[1] Marushka and Tietjen, Appl. Phys. Lett. 15 (1969) 327

[2]H. Amano, N. Sawaki, I. Akasaki and Y. Toyoda Metalorganic vapor phase epitaxial growth of a high quality GaN film using an A1N buffer layer Appl. Phys. Lett. 48 (1986) pp. 353-5

[3]N. Nakayama, S. Itoh, T. Ohata, K. Nakano, H. Okuyama, H. Ozawa, M. lshibasu, A. lkeda, Y. Mori "Room temperature continuous operation of blue-green laser diodes", Electron. Lett., 29 (1993) pp. 1488-1489

[4]W. Fashinger, J. Nürnberger, "Green II-VI light emitting diodes with long lifetime on InP substrate" Appl. Phys. Lett. 77, (2000) pp. 187-189

[5]Yusuke Yoshizumi_, Masahiro Adachi, Yohei Enya, Takashi Kyono, Shinji Tokuyama, Takamichi Sumitomo, Katsushi Akita, Takatoshi Ikegami, Masaki Ueno, Koji Katayama, and Takao Nakamura «Continuous-Wave Operation of 520nm Green InGaN-Based Laser Diodes on Semi-Polar {2021} GaN Substrates», Applied Physics Express 2 (2009) 092101

[6] Takashi Miyoshi, Shingo Masui, Takeshi Okada, Tomoya Yanamoto, Tokuya Kozaki, Shin-ichi Nagahama, and Takashi Mukai « 510-515nm InGaN-Based Green Laser Diodes on c-Plane GaN Substrate», Applied Physics Express 2 (2009) 062201

Лицензия ЛР № 020593 от 07.08.97

Подписано в печать 07.09.2010. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 6341b.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.: (812) 550-40-14 Тел./факс: (812) 297-57-76

Введение.

Глава 1. Свойства нитридов элементов III группы.

1.1 Создание твердотельных светоизлучающих приборов видимого 12 диапазона

1,20сновные свойства нитридов элементов третей группы.

1.3 Получение эффективных светоизлучающих приборов на основе HI-нитридов.

1.3.1 Подложки.

1.3.2 Рост Ш-нитридов на подложках А1203.

1.4 Основные сложности, ограничивающие эффективность светоизлучающих приборов на основе III- нитридов.

1.4.1 Подавление транспорта носителей.

1.4.2 Падение эффективности при больших уровнях 25 инжекции.

1.4.3 Пути увеличении эффективности светоизлучающих 26 приборов.

Глава 2. Описание эксперимента.

2.1 Описание технологии выращивания соединений на основе III- 29 нитридов.

2.1 Описание методик характеризации.

Глава 3. Основные свойства структур с InGaN активной областью.

3.1 Описание транспорта и рекомбинации носителей в структурах с 37 InGaN/(In,Al)GaN активной областью.

3.1.1 Общие свойства структур с активной областью InGaN.

3.1.2 Описание статистической модели неоднородного 40 массива KT.

3.1.3 Описание модели транспорта и безызлучательной 47 рекомбинации.

3.2 Влияние состава (In.Al)GaN матрицы и технологических 56 режимов на свойства InGaN активной области.

3.2.1 Влияние ростовых режимов на фазовый распад 56 нанослоёв InGaN.

3.2.2 Использование AlGaN матрицы для структур, излучающих в УФ диапазоне.

3.2.3 Структуры с InGaN/(Al)GaN активной областью, 71 излучающие в зелёном диапазоне.

Глава 4. Светодиоды с активной областью InGaN/GaN на основе 76 короткопериодных сверхрешёток InGaN/GaN.

4.1.1 Получение короткопериодных сверхрешёток InGaN/GaN методом конвертации.

4.1.2 Оптические и структурные свойства КПСР и слоев InGaN 76 полученных с использованием КПСР.

4.3 Исследования светодиодных структур с использованием КПСР в 82 активной области.

4.1.4 Подавление транспорта носителей в структурах с КПСР в 87 активной области.

Глава V. Особенности активной области InGaN для зелёного 93 диапазона.

5.1 Особенности формирования активной области с большим содержанием индия.

5.1.1 Влияние релаксации напряжений на формирование 93 активной области InGaN для структур глубокого зелёного диапазона.

5.1.2 Формирование индий-обогащенных островковых 98 структур методом in situ нанмаскирования.

5.2 Исследование туннельного транспорта носителей в структурах с

InGaN/GaN активной областью.

5.2.1 Расчёт времени туннельной утечки носителей из 104 квантовой ямы InGaN.

5.2.2 Исследование времени туннельной утечки носителей 108 из квантовой ямы InGaN.

Огромные потребности рынка светоизлучающих приборов видимого диапазона стимулируют работы по созданию и усовершенствованию высокоэффективных полупроводниковых источников света.

Полупроводники АМ-СаМ-ТпЫ и их твердые растворы представляют группу прямозонных широкозонных полупроводников. Свойства этих материалов позволяют применять их для создания оптоэлектронных приборов с энергией фотона от 0.7эВ то 6.2 эВ. Это позволяет фактически перекрыть весь видимый спектр излучения, что дает значительную перспективу применения этих полупроводников. Это светодиоды и лазеры, работающие в голубой и зеленой областях спектра, для реализации полноцветных источников света и повышения плотности записи на оптических носителях информации, это солнечно слепые фотодетекторы и ультрафиолетовые источники света для медицинских и специальных применений. Электрофизические свойства этих полупроводников позволяют создавать на их основе мощные и высокочастотные электронные приборы.

Однако, благодаря ряду технологических проблем, получение приборов на основе нитридов элементов третьей группы стало возможным лишь в течение последнего десятилетия. Не смотря на стремительный прогресс в развитии этого направления полупроводниковой технологии наблюдаемый в последние годы, многие физические свойства структур по-прежнему остаются не достаточно хорошо изученными. Этот факт несколько задерживает дальнейшее развитие технологии, поскольку затрудняет нахождение оптимальных технологических параметров. Не достаточно хорошо изучены как механизмы роста, так и свойства структур. В связи с этим, по-прежнему актуально исследование технологии эпитаксиального выращивания, и разработка методов характеризации и исследования структурных и электронно-оптических свойств приборов и структур.

Несмотря на значительный прогресс наблюдавшийся в последние годы по прежнему остаются не решенными проблемы падения эффективности светодиодов при плотностях тока более 10 А/см . Чёткого понимания причин возникновения этого падения до сих пор не достигнуто. По прежнему остаётся проблема повышения эффективности светоизлучающих приборов в глубоко зелёной области спектра и повышения времени жизни инжекционных лазеров на основе III- нитридов. С этой целью ведутся работы по улучшению кристаллического совершенства структур и поиск оптимального дизайна. Помимо нахождения оптимального дизайна активной области светоизлучающих приборов важное влияние на оптические и транспортные свойства структур оказывают технологические режимы выращивания активной области. Вследствие сильной чувствительности фазового распада твёрдого раствора InGaN, составляющего основу активной области приборов, к условиям выращивания, реализуется различная структура локализующего потенциала, ограничивающего транспорт носителей и определяющего оптические характеристики приборов.

Основная цель данной работы - исследование оптических, транспортных и структурных свойств квантоворазмерных гетер о структур с активной областью InGaN/(Al,In)GaN различного дизайна, предназначенной для создания эффективных светодиодных приборов видимого диапазона.

Научная новизна работы

• Показано, что в структурах с InGaN/(Al,In)GaN активной областью присутствует три канала безызлучательной рекомбинации ответственных за различные механизмы транспорта к центрам безызлучательной рекомбинации (БР): захват на центры БР расположенные вблизи локализованных состояний, захват через состояния расположенные выше уровня протекания, и захват через состояния в матрице. Каждый из этих механизмов доминирует в определённом температурном диапазоне, определяемом характером неоднородности активной области.

• Показано, что короткопериодных сверхрешётоки InGaN/GaN отражают свойства неоднородного массива КТ. Использование короткопериодных сверхрешёток InGaN/GaN в дизайне светодиодных структур позволяет улучшить характеристики приборов.

• Изучено взаимное влияние различных слоёв активной области на эффективность и характер вхождения индия при создании активной области InGaN/GaN. Исследовано влияние состава матрицы на свойства активной области стриктур с InGaN активной областью. Показано что состав материала и матрицы сильно влияет на структурные и оптические свойства активной области.

• Предложен и реализован новый метод* формирования квантовых точек InGaN основанный на in-sity наномаскировании слоем A1N.

• Исследован туннельный механизм транспорта носителей. Обнаружено, что туннельный механизм транспорта носителей оказывает значительное влияние на характеристики структур с InGaN/(Al,In)GaN АО.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В структурах с InGaN/(Al*In)GaN активной областью присутствуют три канала, ответственные за различные механизмы транспорта носителей к центрам безызлучательной рекомбинации: захват на центры, расположенные вблизи локализованных состояний, захват через состояния расположенные выше уровня протекания, и захват через состояния в матрице.

2. Характерное время туннельной утечки носителей из активного слоя ТпСаК светодиодной структуры зеленого диапазона сравнимо со временем излучательной рекомбинации.

3. При эпитаксиальном росте 1пОа1Ч/ОаК активной области светодиодов зелёно-жёлтого диапазона с множественными квантовыми ямами, эффективность вхождения индия увеличивается для каждого последующего слоя 1пОаМ в результате частичной релаксации упругих напряжений.

4. Для структур зелёного диапазона осаждение слоёв 1пОаЫ в матрицу АЮаЫ приводит к увеличению среднего состава по индию и подавлению фазового распада по сравнению с матрицей СаМ.

5. Использование короткопериодных сверхрешёток ТпОаК/ОаК в активной области светодиодов значительно увеличивает эффективность излучения благодаря улучшению условий инжекции и структурного совершенства активной области.

Научная и практическая ценность. Разработана модель транспорта и рекомбинации, позволяющая связать оптические и структурные свойства структур с 1пОаЫ/(1п,А1)ОаМ активной областью. Исследовано влияние условий роста на формирование активной области.

Впервые получены и исследованы короткопериодные сверхрешётки ¡пОаМ/ОаЪ}, выращенные методом периодической конвертации поверхностного слоя кКЗаЫ. Показано что, использование короткопериодных сверхрешёток 1пОаМЛлаК в активной области позволило значительно улучшить характеристики светодиодных структур. Впервые предложен и реализован метод формирования КТ с большим составом по индию методом in-sitn наномаскирования, что может быть использовано для расширения спектрального диапазона светоизлучающих приборов.

Показана важность туннельного механизма транспорта носителей в светодиодных структурах с InGaN/GaN активной областью, что поможет при разработки дизайна структур. Апробация работы

• 7-й Всероссийской конференция «нитриды галлия, индия и алюминия

- структуры и приборы» 1-3 февраля 2010 года Москва.

• 6-й Всероссийской конференция «нитриды галлия, индия и алюминия

- структуры и приборы» 18-20 июля 2008 года Санкт-Петербург

• 5-й Всероссийской конференция «нитриды галлия, индия и алюминия

- структуры и приборы» 31января-2 февраля 2007 года Москва

• 4-й Всероссийской конференция «нитриды галлия, индия и алюминия

- структуры и приборы» 3-5 июля 2006 года Санкт-Петербург XII All Russian Scientific Conference Students- physicist (2006)

• "Nanaostructures Physics and Technology", St-Petersburg, June 25-30, 2006

• 6-th international conference on nitride semiconductor ICNS6, August 28-September 2, 2005, Bremen, Germany

• International summer school "Self-Organised Nanostructures" Cargese, 1723 July 2005

• IV All Russian Conference 'Nitrides of Gallium, Indium and Aluminum: Structures and devices' St. Petersburg, July 3 -5, 2005.

• "Nanaostructures Physics and Technology", St-Petersburg, June 20-25, 2005

• 7-th international conference PHOTONICS2004, 2004 December 9-11, Kochin, India.

• 2004 IEEE International Conference on Semiconductor Electronics, Kuala Luptur, Malaysia, 2004 December 9-7

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 12 печатных работах, в том числе 8 в научных статьях и в материалах 4 конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 115 страницах машинописного текста. Диссертация включает также 79 рисунков и список литературы из 112 наименований. Общий объем диссертации 129 страниц.

Заключение.

Исследованы транспортные свойства структур с 1пСаМ/(1п,А1)ОаК активной областью. Показано, что в структурах с 1пОа1Ч/(А1Лп)ОаК активной областью присутствует три канала безызлучательной рекомбинации ответственных за различные механизмы транспорта к центрам безызлучательной рекомбинации (БР): захват на центры БР расположенные вблизи локализованных состояний, захват через состояния расположенные выше уровня протекания, и захват через состояния в матрице. Каждый из этих механизмов доминирует в определённом температурном диапазоне, определяемом характером неоднородности активной области.

Показано, что заращивание 1пОаМ активной области слоем InGaN меньшего состава или осаждение в матрицу 1пОаМ приводит к стимуляции фазового распада активной области 1пОаТ<Г.

Использование матрицы АЮаИ в активной области светодиодов позволяет увеличить эффективность структур излучающих в УФ области спектра. При осаждении 1пОаЫ активной области с большим содержанием индия- в матрицу АЮаМ приводит к увеличенью среднего состава по индию и подавлению фазового распада.

Изучены структурные и оптические свойства короткопериодных сверхрешёток 1пОа1МлаК. Показано, что короткопериодные сверхрешетки 1пОаНАлаН представляют собой частично периодичную структуру областей локально обогащенных индием, с оптическими свойствами характерными для неоднородного массива КТ. Использование короткопериодных сверхрешёток 1пОаМЛлаМ в активной области светодиодов позволило значительно увеличить эффективность структур.

Показано, что в случае многослойной структуры нижележащие слои в активной области значительно влияют на формирование слоев ТпваК в активной области для структур зелёного диапазона вследствие сильной зависимости эффективности вхождения индия от напряжения растущего слоя.

Исследован туннельный механизм транспорта носителей в структурах с активной областью InGaN/GaN, Показано такой механизм оказывает сильное влияние на оптические свойства и характеристики структур.

1. "Gallium Nitride 2003 technology status, applications and market forecasts" Report SC-25 Stretegies United, June 2003

2. Marushka and Tietjen, Appl. Phys. Lett. 15 (1969) 327

3. H. Amano, N. Sawaki, I. Akasaki and Y. Toyoda Metalorganic vapor phase epitaxial growth of a high quality GaN film using an A1N buffer layer Appl. Phys. Lett. 48 (1986) pp. 353-5

4. S. Guha, J.M. DePyydt, M.A. Haase, J, Qiu, H, Cheng, "Degradation of II-VI based blue-green light emitters", Appl. Phys. Lett., 63 (1993) pp. 3107-3109

5. S. Gundel, D. Albert, J. Nürnberger, W. Fashinger, Phys. Rew. B., 60 (1999) R16271

6. M.A. Haase, J. Qiu, J.M. DePuydt, H. Cheng, "Blue-green laser diodes" Appl. Phys. Lett., 59 (1991) pp 1272-1274

7. N. Nakayama, S. Itoh, T. Ohata, K. Nakano, H. Okuyama, H. Ozawa, M. Ishibasu, A. Ikeda, Y. Mori "Room temperature continuous operation of blue-green laser diodes", Electron. Lett., 29 (1993) pp. 1488-1489

8. S. Itoh, A. Ishibashi, " ZnGgSSe based laser diodes", J. Crystal Growth, 150 (1995) pp.701-706

9. W. Fashinger, J. Nürnberger, "Green II-VI light emitting diodes with long lifetime on InP substrate" Appl. Phys. Lett. 77, (2000) pp. 187-189

10. Takashi Miyoshi, Shingo Masui, Takeshi Okada, Tomoya Yanamoto, Tokuya Kozaki, Shin-ichi Nagahama, and Takashi Mukai "510-515 nm InGaN-Based Green Laser Diodes on c-Plane GaN Substrate" Applied Physics Express 2 (2009) 062201

11. I. Akasaki, H. Amano, "Crystal growth and conductivity control of group III nitrides semiconductors and their applications to short wavelength light emitters", Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 36 (1997 pp. 5393 5408)

12. Bernardini F, Fiorentini V and VanderbiltD 1997 Phys. Rev. B 56 RIO 024

13. Dimitrov R, Mitchell A, Wittmer L, Ambacher O, Stutzmann M, Hilsenbeck J and Rieger W 1999 Japan. J. Appl. Phys. 38 4962

14. Ambacher O et al 1999 J. Appl. Phys. 85 3222

15. Ambacher O 1998 J. Phys. D: Appl. Phys. 31 2653

16. Shur M S, Bykhovski A D and Gaska R 1999 Mater. Res. Soc. Int. J. Nitr. Semicond. Res. S 41 Gl6

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

18. Bernardini F, Fiorentini V and Vanderbilt D 1997 Phys.Rev. B 56 RIO 024

19. Edgar J H (ed) 1994 Group III Nitrides (London rINSPEC)

20. Tsubouchi K and Miskoshiba N 1985 IEEE Trans. SonicsUltrason. 32 634

21. O'Clock G D and Duffy M T 1973 Appl. Phys. Lett. 23 55

22. Littlejohn M A, Hauser J R and Glisson T Ii 1975 Appl. Phys. Lett. 26 625

23. Bykhovski A D, Gelmont B L and Shur M S 1997 J. Appl. Phys. 81 6332

24. Barker A S Jr and Ilegems M 1973 Phys. Rev. B 7 743

25. Littlejohn M A, Hauser J R and Glisson T H 1975 Appl. Phys. Lett. 26 625

26. Bougrov V., Levinshtein M.E., Rumyantsev S.L., Zubrilov A., in Properties of Advanced SemiconductorMaterials GaN, A1N, InN, BN, SiC, SiGe . Eds. Levinshtein M.E., Rumyantsev S.L., Shur M.S., John Wiley & Sons, Inc., New York, 2001, 1-30.

27. Rheinlander, A., Neumann, H., Phys. Status Solidi (b) 64 (1974) K123

28. Bloom, S., Harbeke G., Meier E., Ortenburger I.B., Phys. Stat. Solidi 66 (1974), 161-168

29. Leszczynski, M., H. Teisseyre, T. Suski, I. Grzegory, M. Bockowski, J. Jun, S. Porowski, K. Pakula, J.M. Baranowski, C.T. Foxon, T.S. Cheng, Lattice parameters of gallium nitride, Appl. Phys. Lett. 69(1) (1996), 73-75

30. Xu, Y.N, Ching W.Y., Electronic, optical, and structural properties of some wurtzite crystals. Phys Rev. В 48, 7 (1993), 4335-4351

31. Suzuki, M.3 Uenoyama Т., Strain effect on electronic and optical properties of GaN/AlGaN quantum-well lasers. J. Appl. Phys. 80, 12 (1996), 6868-6874

32. Lambrecht, W.R., Segall В., Anomalous band-gap behavior and phase stability of c-BN-diamond alloys. Phys. Rev. В 47 (1993), 9289-9296

33. Xu, Y-N., Ching W.Y., Electronic, optical, and structural properties of some wurtzite crystals. Phys. Rev. В 48 (1993), 4335-4350

34. О Ambacher "Growth and applications of Group Ill-nitrides" J. Phys. D: Appl. Phys. 31 (1998) 2653-2710

35. S.F. Chichibu, T. Azuhata, T. Sota, T. Mukai, S. Nakamura, J. of Appl'Phys. 88,5153,(2000)

36. Ambacher, Andreas Hangleiter "Optical properties of nitride heterostructures" Phys. Stat. Sol. (c) 0, No. 6, 1816-1834 (2003)

37. T. Wang, J. Bai, S. Sakai, and J. К. Ho, "Investigation of the emission mechanism in InGaN/GaN-based light-emitting diodes", T. Wang, J. Bai, S. Sakai, and J. К. Ho

38. N. Nakayama, S. Itoh, T. Ohata, K. Nakano, H. Okuyama, PL Ozawa, M. Ishibasu, A. Ikeda, Y. Mori "Room temperature continuous operation of blue-green laser diodes", Electron. Lett., 29 (1993) pp. 1488-1489

39. S. Nakamura, "Status of GaN LEDs and Lasers for Solid- State Lighting and Displays," OIDA Solid-State Lighting Workshop (Albuquerque, May 30, 2002)

40. H Xing, S Keller, Y-FWu, L McCarthy, I P Smorchkova, D Buttari, R Coffie, D S Green, G Parish, S Heikman, L Shen, N Zhang, J J Xu, B P Keller, S P DenBaars and U K Mishra, "Gallium nitride based transistors" J. Phys.: Condens. Matter 13 (2001)7139-7157

41. M-A. di. Forte-Poisson et Al., "MOCVD growth of group III nitrides for high power, high frequency applications" Phys. Stat. Sol. (c) 2, No. 3, 2005, pp. 947-955.

42. S. K. Davidsson, J. F. Faith, X. Y. Liu, H. Zirath, and T. G. Andersson "Effect of A1N nucleation layer on the structural properties of bulk GaN grown on sapphire by molecular-beam epitaxy" J. Appl. Phys. 98, 016109 (2005)

43. F. Semond et Al., "Molecular Beam Epitaxy of group-Ill" nitrides on silicon substrates: growth properties and device applications", Phys. Stat. Sol. (a), No 2, 2001, 188, pp. 501-510,i

44. Y. B. Kwon, J. H. Je, P. Ruterana and G. Nouet "On the origin of a-type threading dislocations in GaN layers" J. Vac. Sci. Technol. A 23, 1588 (2005)z50. L.M. Belyaev, RUBIN I SAPFIR, Nauka Publishers, Moscow, 1974

45. Josh Abell and T. D. Moustakas "The role of dislocations as nonradiative recombination centers in InGaN quantum wells" Appl. Phys. Lett: 92, 091901 (2008)

46. S. Nakamura, W. Weeks, M.D. Bremser, K. Ailey, E. Carlson, W. Perry, R.F. Davis, "GaN Growth using GaN buffer layer", Appl. Phys. Lett. 67 (1995) 401-403

47. Hino T, Tomiya S, Miyajima T, Yanashima K, Hashimoto S and Ikeda M 2000 Appl. Phys. Lett. 76 3421

48. S.Yu.Karpov and Yu.N.Makarov, "Dislocation Effect on Light Emission Efficiency in Gallium Nitride", Appl.Phys.Lett. 81, 4721 (2002)

49. E. F. Schubert, Light-emitting Diodes (Cambridge University Press, New York, 2003).

50. D. A. Steigerwald, J. C. Bhat, D. C. Collins, R. M. Fletcher, M. O. Holcomb, M. J. Ludowise, P. S. Martin, and S. L. Rudaz, IEEE J. Sel. Top. Quantum Electron. 8, 310 (2002).

51. N.N. Ledentsov Compound Semiconductors, 5 (9) November/December 1999

52. S. Nakamura, "Status of GaN LEDs and Lasers for Solid- State Lighting and Displays," OIDA Solid-State Lighting Workshop (Albuquerque, May 30, 2002)

53. K. P. O'Donnell, R. W. Martin, and P. G. Middleton "Origin« of Luminescence from InGaN Diodes", Phys. Rew. Lett. 82 (1) 1999, p 237

54. S. Yu. Karpov, N. I. Podolskaya, I. A. Zhmakin, A. I. Zhmakin, "Statistical model of ternary group-Ill nitrides", Phys. Rew. B 70, 235203 (2004)

55. M.K. Behbehani, E.L. Piner, S.X. Liu, N.A. Ei-marsy, S.M. Bedair, "Phase separation and ofdering coexisting in InGaN grown by metal-organic chemical vapor deposition", Appl: Phys. Lett. ,75 (15) 1999 p 2202

56. S.F. Chichibu, T. Azuhata, T. Sota, T. Mukai, S. Nakamura, J. of Appl Phys. 88,5153,(2000)

57. R. P. O.Donnell, S. Pereira, R.W. Martin, P.R. Edwards, M.J. Tobin, J.F.W. Mass elm ans. Phys. Status Solidi A, 195, 532, (2003)

58. M. Vening, D.J. Dunstan, K.P. Homewood. Phys. Rev. B, 48, 4 (1993)

59. S. Sanguinetti, M. Henini, M. Grassi Alessi, M. Capizzi, P. Frigeri, S. Franchi. Phys. Rev. B, 60, 114(1999).

60. Koichi Tachibana, Takao Someya, Satomi Ishida, Yasuhiko Arakawa "Selective growth of InGaN quantum dot structures and their microphotoluminescence at room temperature"

61. Appl. Phys. Lett., 76 (22), 2000;pp:3212-3214 72, 73. www.cree.com, Annual Report 2008-2009.

62. S.Yu.Karpov,R.A.Talalaev,E.V.Yakovlev,Yu.N.Makarov. Mater.Res.Soc.Symp.Proc.,639 (2001) G3.18.

63. UrsulaM.E.Christmas, A.D.Andreev and D.A.Faux, "Calculation of electric field and optical transitions in InGaN/GaN Quantum wells" JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 98,073522 (2005)

64. R. J. Radtke, U. Waghmare, H. Ehrenreich, and'C. H. Grein, "Theoretical performance of wurtzite and zincblende InGaN/GaN quantum well lasers", Appl. Phys. Lett. 73, 2087 (1998)

65. Han-Youl Ryu, Hyun-Sung Kim, and Jong-In Shim, "Rate equation analysis of efficiency droop in InGaN light-emitting diodes", Appl. Phys. Lett. 95, 081114 (2009)

66. A. R. Beattie and P. T. Landsberg, "Auger Effect in Semiconductors", Proc. R. Soc. Lond. A., vol. 249, no. 1256/16 -29, Jan. 1959.

67. A. R. Beattie and P. T. Landsberg, "One-Dimensional Overlap Functions and Their Application to Auger Recombination in Semiconductors", Proc. R. Soc. Lond. A., vol. 258, no. 1295/486-495, Nov. 1960.

68. P. T. Landsberg, "On detailed balance between Auger recombination and impact ionization in semiconductors", Proc. R. Soc. Lond. A., vol. 331, no. 1584/103-108, Nov. 1972.

69. P. T. Landsberg and M. J. Adams, "Theory of donor-acceptor radiative and Auger recombination in simple semiconductors", Proc. R. Soc.1.nd. A., vol. 334, no. 1599/523-539, Sep. 1973.

70. Omit Ozgur, Hadis Morkoc, H. Liu, X. Li; and X. Ni "GaN-based Light-EmittingDiodcs: Efficiency at High Injection Levels" Proc. IEEE (2009) (special issue)

71. Kris T. Delaney, Patrick Rinke and Chris G. Van de Walle "Auger recombination rates in nitrides from first principles", APPLIED PHYSICS LETTERS 94, 191109(2009)

72. J. Hader, J. V. Moloney, and S. W. Koch, "Density-activated defect recombination as a possible explanation for the efficiency droop in GaN-based diodes", Appl. Phys. Lett. 96, 221106 (2010)'

73. XingLi, HuiyongLiu, X.Ni, UmitOzgur, HadisMorko?, "Effect of carriers pillover and Auger recombination on the efficiency droop in InGaN-based blue LEDs", Superlattices and Microstructures 47 (2010) 118-122

74. I. V. Rozhansky and D. A. Zakheim, "Analysis of processes limiting quantum efficiency of AlGalnN LEDs at high pumping" Phys. Stat. Sol. (a) 204, 1, 227-230 (2007).

75. N. F. Gardner,a G. O. Muller, Y. C. Shen, G. Chen, S. Watanabe, "Blue-emitting InGaN-GaN double-heterostructure light-emitting diodes reaching maximum quantum efficiency above 200 A/cm2" APL 91, 243506(2007)

76. A.A. Арендаренко, И.Г. Ермошин, Ю.Н. Свешников, И.Н. Цыпленков. Тез. докл. 6-й Всеросс. конф, „Нитриды галлия, индия и алюминия" (СПб, 2008) с. 123.»

77. E. Berkowicz, D. Gershoni, and G. BahirE. Lakin, D. Shilo, and E. Zolotoyabko v A. C. Abare,- S. P. Denbaars, and L. A. Coldren "Measured and calculated radiativelifetime and optical absorption of InxGai.xN/GaN quantum structures", PhRevB.61.10994 .i

78. Junqiao Wu "When group-Ill nitrides go infrared: New properties and perspectives", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 106,011101 (2009)

79. L.V. Asryan, R.A. Suris, "Inhomogeneous line broadening and the threshold current density of a semiconductor quantum dot laser " Semicond. Sci. Technol. 11, 554(1996)

80. D.S. Sizov, E.E. Zavarin, N.N. Ledentsov, V.V. Lundin, Yu.G. Musihin, V.S. Sizov. R.A. Suris, A.F. Tsatsul'nikov, 'A nonequilibrium population of the carriers in structures with deep quantum InGaN dots' Semiconductors, 41 (5) 2007 pp 595 608

81. Matthias Peter, Ansgar Laubsch, Werner Bergbauer, Tobias Meyer, Matthias Sabathil, Johannes Baur, and Berthold Hahn "New developments in green LEDs" P hys. Status Solidi A 206, No. 6, 1125-1129 (2009)

82. Aurelien Davida and Michael J. Grundmann "Droop in InGaN light-emitting diodes: A differential carrier lifetime analysis", APPLIED PHYSICS LETTERS 96, 103504 (2010)

83. Y. C. Shen,a G. O. Mueller, S. Watanabe, N. F. Gardner, A. Munkholm, and M. R. Krames "Auger recombination in InGaN measured by photoluminescence", APPLIED PHYSICS LETTERS 91, 141101 (2007)

84. B. K. Riedly, "Kinetic of recombination in quantum wells" PHYSICAL REVIEW B VOLUME 41, NUMBER 17,15 JUNE 1990-1

85. Yong-Hoon Cho, T. J. Schmidt, S. Bidnyk, G. H. Gainer, J. J. Song, S. Keller, U. K. Mishra, and S. P. DenBaars, "Linear and nonlinear optical properties of InxGal AxNOGaN heterostructures", PHYS. REV. B, VOL. 61, N 11 (2000).

86. HREM Research, http://www.hremresearch.com.

87. H.B.KpBDKaHOBCKan, B.B.JIyH/jHH, A.E.HHKOJiaeB, A.O.I^auyji&HHKOB, A.B.CaxapoB, M.MJIaBJioB, H.A.HepicaiimH, M.J.Hytch, r.A.BajiBKOBCKHH,

88. М.А.Яговкина, С.О.Усов, "Исследования оптических и структурных свойств короткопериодных сверхрешеток InGàN/GaN для активной1 области светоизлучающих диодов" ФТП, 2010, том 44, выпуск 6

89. Лундин В.В., Заварин Е.Е., Сизов Д1С." Влияние газа-носителя на процесс газотранспортной эпитаксии нитрида галлия из метал л органических соединений " Письма в ЖТФ. 2005. Т. 31. В'. 7. С. 52-56.

90. Yakovlev E.V., Talalaev R.A., Kondratyev A.V., Segal A.S., Lobanova A.V., Lundin W.V., Zavarin E.E., Sinitsyn M.A., Tsatsulnikov A.F., Nikolaev A.E. " Growth conditions and surface morphology of A1N MOVPE" J. Cryst. Growth. 2008. V. 310. P. 4862.

91. Ландау, Л. Д., Лифшиц, Е. М. Квантовая механика (нерслятивистская; теория): Mt: Наука, (1974), 752 с. («Теоретическая физика», том III).

92. К. A. Bulashevich, S. Yu. Karpov and R. A. Suris, "Quantum-confined Stark effect in group-Ill nitride quantum wells", 12th Int. Symp. "Nanostructures: Physics and Technology" St Petersburg, Russia, June 21-25, (2004)

93. Martin F. Schubert, Jiuru Xu, Qi Dai, Frank W. Mont, Jong Kyu Kim, and E. Fred Schubert, "On resonant optical excitation and carrier escape in GalnN/GaN quantum,wells" APPLIED PHYSICS LETTERS 94, 081114 , (2009).

94. Smith, B.T., P.M. Boyle, J.J. Dongarra, B.S. Garbow, Y. Ikebe, V.C. Klema, and C.B. Moler (1976), Matrix Eigensystem Routines EISPACK Guide, SpringerVerlag, New York.

95. Hanson, Richard J., R. Lehoucq, J. Stolle, and A. Belmonte (1990), Improved performance of certain matrix eigenvalue computations for the IMSL/MATH Library, IMSL Technical Report 9007, IMSL, Houston.

96. Ursula M. E. Christmas, A. D. Andreev and D. A. Faux, Calculation of electric field and optical transitions in InGaN/GaN quantum wells, JOURNAL OF APPLIED PHYSICS 98, 073522 (2005)