Структурные дефекты и квантовые точки III-нитридов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Лазарев Сергей Владимирович

СТРУКТУРНЫЕ ДЕФЕКТЫ И КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ Ш-НИТРИДОВ

Специальность: 01.04.07 - Физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

! 1 ^ гол ш

Томск-2013

005531467

005531467

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» и в

Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Германия, г. Карлсруэ.

Prof. Dr., executive director of synchrotron ANKA in Karlsruhe, Germany Tilo Baumbach

доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой техники и электрофизики высоких напряжений института физики высоких технологий Томского политехнического

университета

Лопатин Владимир Васильевич Брудный Валентин Натанович, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой физики полупроводников физического факультета Томского государственного

университета.

Кульков Сергей Николаевич, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией института физики прочности материалов СО РАН

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР). Защита состоится «11» сентября 2013 г. в 16 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.269.02 при ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» по адресу: Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» по адресу: г. Томск, ул. Белинского, 55. (комн. 13-21а) Автореферат разослан «_»июня 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 212.269.02 М.В. Коровкин

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Исследования последних десятилетий открыли перспективы применения полупроводниковых структур и приборов на основе Ш-нитридов, таких как A1N, GaN, InN и их твердых растворов, в различных областях светотехники и электроники. Высокая термическая, химическая и радиационная стойкость III-нитридов позволяет использовать их для изготовления приборов, работающих при повышенных температурах и в неблагоприятных условиях. Безопасность III-нитридов ставит их в выигрышное положение по сравнению с альтернативными соединениями Ш-арсенидами (AlAs, GaAs, InAs), а высокая теплопроводность упрощает решение проблем охлаждения рабочей области. Кроме того, активному развитию Ш-нитридных технологий не помешала высокая плотность дислокаций в исходном материале, достигающая 109 см"2 (так, приборы на основе GaAs перестают функционировать, когда плотность дислокаций превышает значения 104 - 105 см" ), хотя она снижает эффективность устройств на Ш-нитридах.

Прямой характер межзонных переходов позволяет использовать Ш-нитриды для производства лазеров, светодиодов, фотоприемников и солнечных элементов. Большая ширина запрещенной зоны, особенно в видимом спектре от 0.7 эВ (InN), 3.4 эВ (GaN) до 6.0 эВ (A1N), и образование твердых растворов InGaN, AlGaN, InAlGaN обусловливают возможность значительного расширения спектрального диапазона работы изготавливаемых устройств на основе Ш-нитридов. Особые свойства устройств на Ш-нитридах могут обеспечить нано-структуры их твёрдых растворов, такие как квантовые точки (КТ). Наиболее распространены InGaN квантовые точки с низкой концентрацией In, выращенные на слое GaN. Одним из наиболее приемлемых методов выращивания плёнок III-нитридов является метод газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений, являющийся на сегодняшний день единственным доступным для промышленного производства. Высокое несовершенство кристаллов связано с отсутствием доступных подложек нитрида галлия, поэтому этот материал получают гетероэпитаксией. Наиболее часто используемой подложкой для эпитаксии III-нитридов является сапфир. Гетероэпитаксия приводит к возникновению механических напряжений вследствие рассогласования постоянных решеток. Различие температурных коэффициентов расширения подложки и слоя приводит к возникновению механических напряжений при охлаждении структуры от ростовой температуры (1050°С) до комнатной. Напряжения приводят к изгибу структуры и образованию структурных дефектов, являющихся безызлучательными центрами рекомбинации пар электрон-дырка, и снижающих эффективность работы светодиодных устройств на основе Ш-нитридов.

Еще одной проблемой является собственная поляризация III-нитридов, связанная с асимметрией элементарной ячейки, и приводящая к спонтанному эффекту Штарка. Вызванные гетероэпитаксией поля напряжений деформируют элементарную ячейку и приводят к увеличению внутреннего поляризационного поля, которое препятствует рекомбинации зарядов и образованию фотонов.

Особенно эта проблема актуальна при гетероэпитаксии и его твёрдых растворов, из-за наибольшего рассогласования постоянных решеток слоя и подложки. При этом эффективность приборов, работающих в области жёлто-зелёного спектра (1пОаИ), резко снижается.

Таким образом, улучшение характеристик приборов на основе Ш-нитридов зависит от структурных дефектов, что делает актуальным их исследование.

Цель работы

Исследование структурных дефектов в слоях АЮа1Ч на сапфире, полуполярном СаИ на профилированном сапфире, и изучение средних параметров решетки квантовых точек 1пОа1Ч/ОаН на синхротронном излучении.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать диффузное рассеяние структурных дефектов в трёхмерном обратном пространстве.

2. Разработать способы определения плотностей одномерных и двумерных дефектов в слоях Ш-нитридов.

3. Определить плотности структурных дефектов в слоях АЮаИ на сапфире и в полуполярном ваК на профилированном сапфире.

4. Исследовать параметры решетки квантовых точек ГпСаМЛЗаГЧ.

Научная новизна

1. Впервые на двумерных ' картах обратного пространства многослойных гетероструктур твёрдого раствора АЮаЫ показано расщепление рефлексов ООО/ высокого порядка индекса I на четыре подрефлекса, которым сопоставлены отдельные слои АЮаЫ.

2. Для расчёта плотностей линейных дефектов многослойных гетероструктур АЮаЫ модернизирована стохастическая модель и интерпретированы диффузные рассеяния дефектов в каждом слое.

3. Впервые в трехмерном обратном пространстве записано диффузное рассеяние дефектов упаковки полуполярного ОаЫ на профилированном сапфире.

4. Впервые стохастическим методом по диффузному рассеянию дефектов упаковки рассчитана плотность двумерных дефектов в слоях полуполярного ОаИ на профилированном сапфире.

5. Впервые зарегистрированы области трехмерного обратного пространства асимметричных рефлексов квантовых точек 1пСаМ/ОаЫ в геометрии фиксированного угла падения и показано значительное влияние изменения угла падения на диффузное рассеяние рефлекса в обратном пространстве.

Практическая ценность работы

1. Полученный закон снижения плотности дислокаций с увеличением толщины эпитаксиального слоя AlGaN после SiN-маски позволяет выбрать ее оптимальную толщину для производства оптических структур.

2. Метод определения плотности дефектов упаковки полуполярного GaN на профилированном сапфире позволяет определять изменения плотности в процессе роста кристаллов.

3. Разработанный метод записи обратного пространства асимметричных рефлексов, позволяет определять средние значения параметров решётки квантовых точек.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Концентрация AI в эпитаксиальном слое AlGaN после SiN-маски больше концентрации в слое до SiN-маски на 2±0.3%, и составляет 18+0.8%.

2. Плотность краевых дислокаций в гетероструктуре AlGaN после SiN-маски снижается с 9.8±1.ГЮ10 см2 до 6.4±0.9'10ш см"2, а уменьшение плотностей дислокаций в верхнем слое AlGaN с увеличением его толщины описывается экспоненциальными законами с показателями п = 0.33+0.02 для винтовых и п = 0.95+0.02 для краевых дислокаций.

3. Средняя плотность дефектов упаковки полуполярного (1011) GaN равна 6.7+0.2-104 см"1 и снижается до 6.4+0.2' 104 см"1 при применении SiN-маски, а полуполярного (1122) GaN равна 4.5+0.3" 104 см"1 и снижается до 0.6+0.4'104 см"1 при применении SiN-маски.

4. Разработан способ записи трёхмерного обратного пространства асимметричных рефлексов двумерным детектором с фиксированным углом падения рентгеновского луча, позволяющий определить средние параметры решетки квантовых точек InGaN/GaN.

Достоверность полученных результатов обеспечивается комплексным подходом к решению поставленных задач, использованием комплементарных методов и методик исследования, большим объемом экспериментальных данных и применением статистических методов для их обработки, анализом литературных данных и согласованием полученных результатов с данными других авторов.

Апробация работы Основные положения диссертационной работы докладывались на международных конференциях: ICMOVPE-XVI г. Бусан, Южная Корея (http://www.icmovpe2012.org/sub01.php), Х-ТОР 2012 г. Санкт-Петербург (приглашённый доклад), iwn 2012 г. Саппоро, Япония (http://iwn2012.jp/), EWMOVPE 2013 Юлих, Германия

(http://www.jara.org/index.php?id=604), ICCGE-17 Варшава, Польша (http://science24 .com/event/iccge 17/).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них 4 в соавторстве, 3 работы по результатам работ международных конференций.

Личный вклад автора состоит в постановке задач исследования, планировании и проведении экспериментов, в анализе результатов экспериментальных исследований, формулировании выводов. Все результаты получены автором лично или совместно с соавторами при его непосредственном участии.

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и списка цитируемой литературы. Текст диссертации содержит 113 страниц машинописного текста, включая 73 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 68 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследуемых проблем; сформулированы цели исследований и определены решаемые задачи; сформулированы основные положения, выносимые на защиту; указаны научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе рассматриваются проблемы роста кристаллов твёрдого раствора АЮаК высокого качества на подложках сапфира. Структуры на основе твёрдого раствора АЮаИ могут иметь широкое применение в области ультрафиолетового спектра. Проблема роста кристаллов АЮаИ заключается в большом несоответствии параметров решетки слоя и подложки. Недавно группе из Университета Ульма, г. Ульм, Германия, удалось найти параметры роста гетероструктур, позволяющие получить относительно высокое качество слоя АЮаК [1]. В этой главе описано детальное исследование многослойных гетероструктур АЮаИ на синхротроне АМКА г. Карлсруэ, Германия.

51К-маска

АЮаИ 150нм

АЬОз

,— AIGaN 90нм - 3500нм

"аш ЗС

А1-7

Рисунок 1. Схема многослойных гетероструктур АЮаК с толщинами верхнего слоя 90, 290, 500, 1000,1850, 2500 и 3500 нм, соответствующих образцам А1, А2,

АЗ, А4, А5, А6 и А7.

Для изучения влияния толщины слоя AlGaN на плотность линейных дефектов было выращено семь многослойных гетероструктур AlGaN с толщинами верхнего слоя от 90 до 3500 нм. Схема гетероструктур показана на рисунке 1. Исследование симметричных рефлексов от 0002 до 0008 выявило расщепление основного рефлекса AlGaN на подрефлексы. Последовательное изучение распределений интенсивности вдоль стержня аномального рассеяния в рефлексе 0008 для образцов с различными толщинами слоя после SiN-маски позволило соотнести каждый подрефлекс с определённым слоем многослойной гетероструктуры. На рисунке 2 показано сопоставление отдельных участков гетероструктуры с соответствующими подрефлексами.

illljiiti i" Hill

-0.5И_

-0.5 0 0.5

QanA нм"')

Богатые GaN острова

AlGaN 1000 нм

A1N ЗС

Рисунок 2. Сопоставление подрефлексов карты обратного пространства рефлекса 0006 образца А4 с соответствующими участками многослойной гетероструктуры

АЮа^

Одним из наиболее значимых фактов в исследовании многослойной гетероструктуры AlGaN было различие концентраций А1 в слоях до и после маски. Различие в концентрации А1 приводит к разделению рефлексов в обратном пространстве и позволяет изучить свойства каждого слоя отдельно.

Из позиций подрефлексов обратного пространства асимметричного рефлекса 3038, были определены концентрации А1 и значения релаксации параметров решетки слоев до и после 81^маски. Зависимость концентрации А1 и релаксации параметров решетки от толщины верхнего слоя AlGaN приведены на рисунках 3а и 36, соответственно. Для слоев до и после 81^маски, значение концентрации отличается примерно на 2%, а сами значения в среднем соответствуют 16% и 18%, соответственно. В целом, найдено уменьшение

значений концентрации с ростом верхнего слоя. Релаксация параметров решетки, в отличие от концентрации, растёт с увеличением толщины верхнего слоя АЮаК и достигает 97%.

3

—*— Верхний слои AiGaN —Слой 150 им AiGaN —Богатые GaN острова

И-1-[-•-1-'-1-'-1-1-1-'-1-'-

О 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Толщина верхнего слоя AiGaN (нм) Толщина верхнего слоя AiGaN (нм)

- Верхний слой AiGaN ■— Слой 150 нм AiGaN в— Богатые GaN острова

Рисунок 3. Зависимость концентрации А1, а; и релаксации параметров решетки слоев АЮа1Ч, б, от толщины верхнего слоя АЮаИ.

На модельных образцах содержащих случайный ансамбль линейных дефектов моделировались условия дифракционного эксперимента, используя метод Монте-Карло [2], при этом были получены диффузные рассеяния дефектов в обратном пространстве. Экспериментальные карты обратного пространства симметричного рефлекса 0008 й рефлексов скользящей геометрии юТо и 1120, показанные на рисунке 4, были сравнены с результатами моделирования. Входным параметром при моделировании, в случае симметричных рефлексов, была плотность винтовых дислокаций, а для рефлексов скользящей геометрии плотность краевых дислокаций.

Рисунок 4. Экспериментальные (красные точки) и рассчитанные (синие линии) диффузные рассеяния линейных дефектов рефлексов 0008, а; ЮТо, и 1120, в,

образца А4.

В результате моделирования были найдены плотности винтовых дислокаций (Д.) слоев до и после SiN-маски и плотности краевых дислокаций (D,,) верхнего слоя AlGaN для всех образцов. Зависимости плотностей винтовых и краевых дислокаций от толщины верхнего слоя приведены в двойной логарифмической шкале на рисунке 5а.

Уменьшение плотностей дислокаций в верхнем слое AlGaN с увеличением его толщины описывается экспоненциальными законами с показателями п = 0.33+0.02 для винтовых и п = 0.95±0.02 для краевых дислокаций. Полученное в результате моделирования изменение плотности винтовых дислокаций в слое 150 нм AlGaN, до SiN-маски, связано с влиянием диффузного рассеяния линейных дефектов слоя AlGaN после SiN-маски, и описывается экспоненциальным законом с показателем п = 0.18+0.03.

Для самого тонкого образца, с толщиной верхнего слоя 90 нм, в рефлексе 1120 было обнаружено разделение рефлексов слоев AlGaN до и после SiN-маски, что позволило рассчитать значения их плотностей краевых дислокаций. Считая плотность краевых дислокаций слоя AlGaN до SiN-маски постоянной, была определена её эффективность, как отношение плотностей краевых дислокаций после и до SiN-маски. Зависимость эффективности маски от толщины верхнего слоя AlGaN, показана в двойной логарифмической шкале на рисунке 56.

а б

Толщина верхнего слоя АЮаМ (нм) Толщина верхнего слоя АЮаК (нм)

Рисунок 5. Зависимость плотностей краевых (О,,) и винтовых (Д) дислокаций от

толщины верхнего слоя АЮаИ, а; показатель эффективности 81^маски в уменьшении плотности краевых дислокаций в верхнем слое AlGaN с увеличением

его толщины, б.

Во второй главе рассматривается проблема поляризации и спонтанного эффекта Штарка в Ш-нитридах. Решением проблемы является рост слоев III-нитридов в неполярном или полуполярном кристаллографических направлениях. При этом поляризация в направлении, перпендикулярном поверхности слоя, уменьшается в случае полуполярных слоев и равна нулю, в случае неполярного слоя. Несмотря на уменьшение поляризационного поля, увеличивается рассогласование кристаллических решеток слоя и подложки, влияние которого

приходится на направление [0001] гексагональной плотной упаковки. Это приводит к образованию двумерных дефектов упаковки, которые негативно влияют на светоизлучательные свойства кристаллов. В случае полуполярных образцов Ш-нитридов, значения плотностей дефектов упаковки должно быть ниже, чем в случае неполярных. Таким образом, необходимо найти компромисс между уменьшением поляризационного поля, направленного вдоль нормали к поверхности образца, и увеличением числа дефектов упаковки.

Относительно недавно найден метод роста полуполярных слоев ОаЫ на протравленной специальным образом подложке сапфира, позволяющий значительно уменьшить плотность дефектов упаковки [3]. Травление происходит таким образом, что бы организовать рост GaN на грани (0001) под наклоном к поверхности подложки. Образовавшиеся структуры ваК смыкаются в процессе роста в однородный полуполярный слой ОаИ.

Для выявления влияния ориентации поверхности полуполярного ваИ и осаждённой 811Ч-маски на плотность дефектов упаковки, были исследованы четыре образца СаЫ на профилированном сапфире с ориентациями поверхности [1122] и [10П], показанные на рисунке 6.

с - грань сапфира

81 Б2

5]]Ч-маска

с - грань сапфира

с [0001]

Ю, маска

с - грань сапфира

вШ-маска

с - грань сапфира

с [0001]

Рисунок 6. Образцы полуполярного ваМ на профилированном сапфире.

Дефекты упаковки приводят к появлению диффузного рассеяния в виде «шипа» в обратном пространстве, направленного вдоль направления [0001] гексагональной плотной упаковки. Не каждый рефлекс подвержен влиянию дефектов упаковки. Для полуполярных образцов направления [1122], «шип»

дефектов упаковки не наблюдался в компланарной геометрии. Для регистрации «шипа» дефектов упаковки было необходимо записать область трёхмерного обратного пространства возле рефлекса. Трехмерный вид диффузного рассеяния рефлекса 2023 показан на рисунке 1а.

а б в

Рисунок 7. Трёхмерная карта обратного пространства рефлекса 2023, образца S3, а; сечение диффузного облака рефлекса 2023 плоскостью содержащей «шип» интенсивности дефектов упаковки (ДУ), б; и область интегрирования интенсивности диффузного рассеяния дефектов упаковки, в.

На карте можно распознать известные особенности диффузного рассеяния трёхмерного рефлекса: стержень аномального рассеяния (САР), артефакт регистрации детектором (Д) и «шип» интенсивности дефектов упаковки в направлении [0001]. Рисунок 16 показывает сечение диффузного облака рефлекса плоскостью содержащей «шип» интенсивности дефектов упаковки, а рисунок 1в демонстрирует выбранную область интегрирования интенсивности диффузного рассеяния дефектов.

Из полученных трёхмерных карт обратного пространства полуполярных образцов GaN на профилированном сапфире были восстановлены распределения диффузных интенсивностей дефектов упаковки для всех образцов в рефлексе 1122, не подверженном влиянию дефектов упаковки, и в рефлексе 2023, подверженному влиянию дефектов упаковки. Распределения интенсивностей для рефлексов 1122 и 2023 показаны на рисунках 8а и 86, соответственно. Рисунок 8в демонстрирует сравнение распределений диффузных интенсивностей дефектов упаковки в двойной логарифмической шкале.

Рисунок 8. Сравнение экспериментальных (красные кругляшки) и расчетных (синие линии) данных распределения интенсивности вдоль направления [0001] рефлекса 1122, не подверженного влиянию дефектов упаковки, я; рефлекса 2023, подверженного влиянию дефектов упаковки, б\ сравнение распределений интенсивностей в двойной логарифмической шкале, в.

Для расчёта плотностей дефектов упаковки использовалась стохастическая модель, основанная на методе Монте-Карло [4], позволяющая рассчитать распределение интенсивности «шипа» дефектов упаковки в зависимости от их плотности. Плотности дефектов упаковки могут быть найдены путём сравнения рассчитанного распределения интенсивности с распределениями, полученными в эксперименте. Сравнение результатов моделирования и экспериментальных данных так же представлены на рисунке 8.

Найденные значения плотностей дефектов упаковки приведены в таблице 1. Сравнивая значения плотностей дефектов упаковки для образцов Sin S3, можно заключить, что плотность дефектов упаковки выше для образца S1, то есть для образца с направлением нормали [1011]. Сопоставление же образцов S1/S2 и S3/S4 демонстрирует более эффективное влияние SiN-маски в случае полуполярного (1122) GaN на профилированном сапфире.

Таблица 1.

Плотность дефектов упаковки, полученная моделированием дифракционного

эксперимента.

Образец Средняя плотность дефектов упаковки, (104 см"')

S1 6.7+0.2

S2 6.4±0.2

S3 4.5+0.3

S4 0.6±0.4

Полученные значения плотностей дефектов упаковки слоёв СаИ на профилированном сапфире являются средними значениями на облучённом

12

_____. ___

объёме, во время эксперимента. Тем не менее, GaN на профилированном сапфире имеет определённую периодичность, а дефектов упаковки локализованы в областях, соответствующих начальным стадиям роста GaN. Соответственно, ожидается периодическое изменение плотности дефектов упаковки в направлении периодичности профилированного сапфира.

Для изучения локального распределения дефектов упаковки рентгеновский луч должен быть сфокусирован до диаметра меньшего, чем 5 цм. К сожалению, минимальный диаметр луча, достигнутый на синхротроне ANKA, на рабочей станции NANO, соответствовал 10 цм, который использовался для локального исследования дефектов упаковки. В эксперименте с микрофокусом выбиралось положение двумерного детектора, соответствующее регистрации максимальной интенсивности «шипа» дефектов упаковки рефлекса 1 ОТ 1 образцов S1 и S2, за счёт вращения образца вокруг его нормали. Схема эксперимента показана на рисунке 9а. Вид сечения детектором диффузного облака рефлекса loll и распределение интенсивности «шипа» дефектов упаковки, показаны на

ШПШ.1ГР Qñ

Рисунок 9. Схема эксперимента с микрофокусом и двумерным детектором, а; сигнал, регистрируемый детектором в рефлексе ЮТ 1, и распределение интенсивности дефектов упаковки (ДУ), б.

Находясь в фиксированном положении в обратном пространстве, были произведены сканы поверхностей образцов и 52, с шагом 10 цм, и было обнаружено периодическое изменение интенсивности диффузного рассеяния дефектов упаковки. Рассчитывая значения плотностей дефектов упаковки для каждой позиции в скане, были построены карты плотностей дефектов упаковки для образцов 81 и 52, приведенные на рисунках 10а и 106, соответственно. Сравнение карт образцов, позволяет ещё раз подтвердить снижение плотностей дефектов упаковки за счёт применения 81^маски. Скан центральной части образца 81 с шагом 5 цм показан на рисунке 10*?. Несмотря на относительно

о

200

400

500

большой размер рентгеновского луча, на карте наблюдается периодичность плотности дефектов упаковки в направлении, соответствующем периодичности профилированного сапфира.

х [мм] X [мм] X [мм]

Рисунок 10. Сравнение карт плотностей дефектов упаковки {рду) образца 81, без 81]Ч-маски, а; и образца Б2, с маской, б; увеличенный участок скана образца 81, в.

В третьей главе проводится исследование 1пваМ квантовых точек, выращенных на слое СаИ. При концентрации 1п порядка 10%, квантовые точки характеризуются средними размерами 10 нм в диаметре и 2 нм в высоту, при этом во время роста так же формируются 1пСаМ острова с концентрацией 1п порядка 90% и средними размерами 30 нм в диаметре и 20 нм в высоту. Малый размер квантовых точек определяет низкую интенсивность рассеянного ими рентгеновского излучения. Изучение компланарных рефлексов обратного пространства выявляет сигнал от сравнительно больших 1пОаМ островов, но не позволяет выделить сигнал квантовых точек. В подобной ситуации обычно используют дифракцию в геометрии скользящего падения рентгеновских лучей. Из-за низкой концентрации 1п рефлекс квантовых точек находится очень близко к рефлексу подложки, и лишь вносит асимметрию в облако диффузного рассеяния рефлекса юТо, показанного на рисунке 11а, в направлении убывания координат обратного пространства. Указанная асимметрия является косвенным подтверждением наличия квантовых точек. Прямое же подтверждение наличия квантовых точек, значения средней концентрации 1п и релаксации параметров решетки квантовых точек могут быть получены только из асимметричного рефлекса, измеренного при сохранении режима скользящего отражения рентгеновского луча.

Трёхмерная карта обратного пространства асимметричного рефлекса КПЗ показана на рисунке 116. Как и следовало ожидать, при угле падения много большем критического угла, доминирует рефлекс подложки ОаЫ.

Рисунок 11. Трёхмерное диффузное рассеяние в обратном пространстве рефлекса ваИ юТо, а; асимметричного рефлекса юТз, измеренного при угле падения 10°, б\ и рефлекса юТз, измеренного в геометрии фиксированного угла падения

близкого к 0.3°, в.

Для повышения чувствительности рефлекса к квантовым точкам была предложена геометрия фиксированного угла падения, с углом падения близким к углу полного внешнего отражения рентгеновского излучения. В геометрии фиксированного угла асимметричный рефлекс с углом Брэгга, при данной энергии, меньшем, чем угол наклона дифракционных плоскостей к поверхности образца, записывается двумерным детектором, при вращении образца вокруг его нормали. При этом угол падения остаётся постоянным и может быть выбран произвольно. В этом случае, информационная глубина регистрации рентгеновского излучения может варьироваться от единиц нанометров до абсорбционной глубины поглощения.

При энергии 8 кэВ критический угол для ваМ составляет примерно 0.3°. Рефлекс ЮТз, измеренный в геометрии фиксированного угла падения близкого к 0.3°, показан на рисунке 11 е. Сравнение рисунков 116 и 11в показывает значительную разницу в распределении интенсивности рефлекса. При малом угле падения в геометрии фиксированного угла проявляется сигнал 1пСа1М квантовых точек за счёт уменьшения глубины проникновения в условиях полного внешнего отражения и увеличения числа облученных квантовых точек. Из позиции выделенного рефлекса 1пСа1Ч квантовых точек были определены средняя концентрация 1п и релаксация параметров решетки квантовых точек, которые составили 6+1% и 90+7%, соответственно.

Нужно отметить, что предложенный метод имеет существенные преимущества по отношению к существующим методам и таким образом, расширяет возможности рентгеновской диагностики монокристаллических материалов. Применительно к рассматриваемой задаче, геометрия фиксированного угла позволяет получить информацию о концентрации 1п и релаксации параметров решетки 1пОа1Ч/СаН квантовых точек.

СПИСОК ЦИТИРУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Forghani К., Klein М., Lipski F„ Schwaiger S., Hertkorn J., Leute R.A.R., Scholz F., Feneberg M„ Neuschl В., Thonke K„ Klein 0., Kaiser U„ Gutt R. & Passow T. High quality AlGaN epilayers grown on sapphire using SiNx interlayers / K. Forghani // J. Cryst. Growth. — 2011. — № 315. — pp. 216-219.

2.Barchuk M., Holy V., Miljevic В., Krause В., Baumbach Т., Hertkorn J. and Scholz F. X-ray diffuse scattering from threading dislocations in epitaxial GaN layers / M. Barchuk // J. Appl. Phys. — 2010. — № 108. — pp. 043521-043528.

3. Scholz F. Semipolar GaN grown on foreign substrates: a review / F. Scholz // Semicond. Sci. Technol. — 2012. — № 27. — pp. 024002.

4.Barchuk M., Holy V., Kriegner D., Stangl J., Schwaiger S. and Scholz F. Diffuse x-ray scattering from stacking faults in a-plane GaN epitaxial layers / M. Barchuk // Phys. Rev. B. — 2011. — № 84. — pp. 094113.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Обнаружено расщепление рефлекса 0008 обратного пространства многослойных гетероструктур твёрдого раствора AlGaN на четыре подрефлекса, соответствующих различным слоям гетероструктуры. Запись трехмерных карт обратного пространства полуполярного GaN на профилированном сапфире позволила записать «шип» дефектов упаковки и получить распределения интенсивностей вдоль «шипа».

2. Рассчитано диффузное рассеяние линейных дефектов в слоях гетероструктуры AlGaN до и после SiN-маски, используя модернизированную модель, основанную на методе Монте-Карло. Смоделировано распределение интенсивности вдоль «шипа» дефектов упаковки в полуполярном GaN на профилированном сапфире, используя модель Монте-Карло.

3. Для гетероструктур твёрдого раствора AlGaN с толщинами верхнего слоя от 90 до 3500 нм найдены значения краевых и винтовых дислокаций для слоёв до и после SiN-маски. Найдены значения плотностей дефектов упаковки для полуполярного GaN на профилированном сапфире с направлениями поверхности [1122] и [lOll], в случае наличия и отсутствия SiN-маски.

4. Разработана некомпланарная асимметричная геометрия фиксированного угла падения рентгеновского излучения, позволяющая, при угле падения близком к углу полного внешнего отражения, получить информацию о средней концентрации In и релаксации параметров решетки InGaN квантовых точек.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Lazarev S., Bauer S., Forghani К., Barchuk M., Scholz F., and Baumbach T. High resolution synchrotron x-ray studies of phase separation phenomena and the scaling law for the threading dislocation densities reduction in high quality AlGaN heterostructure / S. Lazarev // Journal of Crystal Growth. — 2013. — № 370. — pp. 51-56.

2. Lazarev S., Barchuk M., Bauer S., Forghani K., Holy V., Scholz F., and Baumbach T. Study of threading dislocation density reduction in AlGaN epilayers by Monte Carlo simulation of high-resolution reciprocal-space maps of a two-layer system / S. Lazarev // Journal of Applied Crystallography. — 2013. — № 46, part 1. — pp. 120-127.

3. Helfrich M„ Schroth P., Grigoriev D„ Lazarev S., Felici R., Slobodskyy T., Baumbach T., Schaadt D. M. Growth and characterization of site-selective quantum dots / M. Helfrich // Physica Status Solidi (a). — 2012. — № 209, issue 12. — pp. 2387-2401.

4. Schroth P., Slobodskyy T., Grigoriev D., Minkevich A., Riotte M., Lazarev S., Fohtunge E., Hud D.Z., Schaadt D.M., Baumbach T. Investigation of buried quantum dots using grazing incidence X-ray diffraction / P. Schroth // Materials Science and Engineering B. — 2012. — № 177, issue 10. — pp. 721-724.

5. Scholz F., Forghani K., Klein M., Klein O., Kaiser U., Neusehl B., Tischer I., Feneberg M., Thonke K., Lazarev S., Bauer S., Baumbach T., "Studies on defect reduction in AlGaN hetero-structures by integrating an in-situ SiN interlayer / F. Scholz // Japanese Journal of Applied Physics. — 2013. — № 52. — pp. 08JJ07 (4 pages).

6. Barchuk M., Holy V., Lazarev S. and Bauer S. Defect determination in epitaxial a-plane GaN layers / M. Barchuk // Acta Cryst. — 2011. — № A67, C407. — pp. MS28.P07.

Подписано к печати 26.06.2013. Формат 60x84/16. Бумага «Снегурочка». Печать XEROX. Усл. печ. л. 0,93. Уч.-изд. л. 0,84.

_Заказ 718-13. Тираж 100 экз._

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Система менеджмента качества Издательства Томского политехнического университета сертифицирована NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту BS EN ISO 9001:2008

ИЗДАТЕЛЬСТВОТПУ. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30 Тел/факс: +7 (3822) 56-35-35, www.tpu.ru

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Karlsruhe, Germany

На правах рукописи

Лазарев Сергей Владимирович

СТРУКТУРНЫЕ ДЕФЕКТЫ И КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ III-НИТРИДОВ

Специальность: 01.04.07 - Физика конденсированного состояния

IQ ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени да кандидата физико-математических наук

о „

Научные руководители:

СО CN

^^ О^ Professor, Dr.,

О о

гГ ■ Tilo Baumbach

см

профессор, доктор физико-математических наук,

о

^^ Лопатин Владимир Васильевич

Томск-2013

Оглавление

Оглавление.......................................................................................................................2

Введение...........................................................................................................................4

Глава 1. Исследование многослойных структур полярного АЮаК с помощью синхротронного излучения...........................................................................................15

1.1 Введение...............................................................................................................15

1.2 Описание образцов многослойных гетероструктур Al0.2Ga0.gN......................16

1.3 Описание дифракционного эксперимента........................................................25

1.4 Симметричные рефлексы обратного пространства многослойных гетероструктур полярного АЮаК............................................................................28

1.5 Асимметричные рефлексы обратного пространства многослойных гетероструктур полярного АЮаК............................................................................33

1.6 Расчёт средних значений концентрации А1 и параметров элементарной ячейки слоев АЮаК до и после 8іІЧ-маски.............................................................34

1.7 Рефлексы обратного пространства геометрии скользящего луча многослойных гетероструктур полярного АЮаК..................................................39

1.8 Модель на основе метода Монте-Карло для расчёта плотности линейных дислокаций..................................................................................................................40

1.9 Расчет диффузного рассеяния линейных дефектов двухслойных гетероструктур полярного АЮаМ............................................................................43

1.10 Расчёт плотностей краевых дислокаций в слоях полярного АЮаЫ до и после віМ-маски.........................................................................................................45

1.11 Результаты расчёта плотностей краевых и винтовых дислокаций в слоях полярного АЮаИ.......................................................................................................46

1.12 Выводы к 1 главе................................................................................................48

Глава 2. Исследование дефектов упаковки полуполярного ваК на профилированном сапфире..........................................................................................49

2.1 Введение...............................................................................................................49

2.2 Описание образцов полуполярного СаИ на профилированном сапфире......52

2.3 Схема дифракционного эксперимента..............................................................56

2.4 Рентгеновская дифракция слоёв полярных, неполярных и полуполярных III-нитридов......................................................................................................................57

2.5 Призматичные дефекты упаковки в полуполярном ваК на профилированном сапфире........................................................................................................................59

2.6 Рентгеновская дифракция полуполярного ваК на профилированном сапфире ......................................................................................................................................60

2.6.1 Введение.........................................................................................................60

2.6.2 Исследование образцов Б1 и Б2 с помощью синхротронного излучениябО

2.6.3 Исследование образцов 83 и 84 с помощью синхротронного излучения64

2.7 Распределение диффузной интенсивности дефектов упаковки в обратном пространстве полуполярного ваИ на профилированном сапфире......................68

2.8 Модель для расчёта плотности дефектов упаковки на основе метода Монте-Карло ...........................................................................................................................69

2.9 Расчёт плотности дефектов упаковки полуполярного ваЫ на профилированном сапфире.......................................................................................74

2.10 Фото- и катодолюминесцентное исследование полуполярного ваК на профилированном сапфире.......................................................................................75

2.11 Локальное изучение плотности дефектов упаковки в полуполярном ваИ на профилированном сапфире.......................................................................................80

2.11.1 Введение.......................................................................................................80

2.11.2 Описание эксперимента.."............................................................................81

2.11.3 Карты плотностей дефектов упаковки......................................................83

2.12 Выводы ко 2 главе..............................................................................................84

Глава 3. Исследование 1пОаК квантовых точек.........................................................86

3.1 Введение...............................................................................................................86

3.2 Описание структуры 1пСаК квантовых точек на слое ваК............................87

3.3 Рентгеновская дифракция 1пваК квантовых точек на слое ваК...................88

3.4 Разработка некомпланарной геометрии фиксированного угла падения........91

3.4.1 Некомпланарная асимметричная геометрия фиксированного угла падения рентгеновского излучения......................................................................91

3.4.2 Сканы в обратном пространстве в геометрии фиксированного угла падения....................................................................................................................93

3.4.3 Расчёт угловых координат рефлекса в геометрии фиксированного угла падения....................................................................................................................95

3.5 Описание эксперимента......................................................................................97

3.6 Исследование 1пСаК квантовых точек в некомпланарной геоматрии фиксированного угла падения..................................................................................98

3.7 Выводы к 3 главе..................................................................................................99

Заключение...................................................................................................................100

Список литературы......................................................................................................101

Введение

Исследования последних 20-ти лет, открыли перспективы применения полупроводниковых структур и приборов на основе Ш-нитридов, таких как A1N, GaN, InN, и их упорядоченных твердых растворов, в различных областях свето- и электротехники [1]. Высокая термическая, химическая и радиационная стойкость III-нитридов позволяет использовать их для изготовления приборов, работающих при повышенных температурах и в неблагоприятных условиях [2]. Безопасность III-нитридов ставит их в выигрышное положение по сравнению с альтернативными соединениями III-арсенидами (AlAs, GaAs, InAs), а высокая теплопроводность упрощает решение проблем охлаждения рабочей области. Сочетание высокой подвижности электронов и значительной электрической прочности делает их пригодными для изготовления мощных высокочастотных и высокотемпературных транзисторов.

Прямой характер межзонных переходов позволяет использовать Ш-нитриды для производства светоизлучающих, таких как лазеры (LD) и светодиоды (LED), и фотоприемных, таких как солнечные батареи, устройств. Большая ширина запрещенной зоны, особенно в видимом спектре, от 0.7 эВ (InN), 3.4 эВ (GaN) до 6.0 эВ (A1N) [3], и образование твердых растворов InGaN, AlGaN, InAlGaN обуславливают возможность значительного расширения спектрального диапазона работы изготавливаемых устройств на основе III-нитридов. Сравнение ширины запрещенной зоны III-нитридов и других полупроводников, показанных в зависимости от их латеральных параметров элементарных ячеек, на Рисунок 1, для температуры 300К [4]. Из Рисунок 1 видно, что спектр излучения твердого раствора AlGaN покрывает ультрафиолетовую (УФ) часть спектра от 3.4 эВ (GaN) до 6.0 эВ (AIN), а твердого раствора InGaN покрывает часть ультрафиолетового спектра, весь видимый диапазон и значительную часть инфракрасного (ИК) спектра, в целом покрывая диапазон от 0.7 эВ (InN) до 3.4 эВ (GaN). Следует подчеркнуть, что ни какие другие химические соединения не обладают столь широким прямым межзонным переходом как Ill-нитриды [5] !

Lattice constant [nm]

Рисунок 1. Ширина запрещённой зоны и латеральные параметры элементарной ячейки Ill-нитридов и других полупроводников.

Особые свойства устройств основанных на Ш-нитридах могут обеспечить нано-структуры их твёрдых растворов, такие как квантовые точки (QD). Наиболее распространённы InGaN квантовые точки, с низкой концентрацией In, выращенные на слое GaN. На основе твёрдых растворов Ш-нитридов выпускаются голубые, фиолетовые и зеленые LED, созданы синие и фиолетовые инжекционные лазеры, разработаны эффективные LED белого свечения. Появление эффективных твердотельных источников света приведёт к большим экономическим выгодам в различных сферах жизни, таких как: информатика, экология, медицина, военное производство и светотехнической промышленности. В перспективе это означает замену традиционных ламп накаливания и люминесцентных ламп на компактные, высокоэффективные, экологически чистые источники освещения с регулируемым спектром излучения.

Плёнки III-нитридов можно растить, используя различные методы, такие как: метод газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений, в англоязычной литературе "metal-organic vapour phase epitaxy" (MOVPE) [6]; гидридо-паровая эпитаксия, в англоязычной литературе "hydride vapour phase epitaxy" (HYPE) [7]; молекулярно-пучковая эпитаксия, в англоязычной литературе

"molecular beam epitaxy" (MBE) [2]. У каждого из этих способов роста имеются свои преимущества и недостатки. На сегодняшний день MOVPE является единственным доступным для промышленного производства методом, и все образцы, исследованные в этой работе, выращены этим методом.

Слои III-нитридов могут быть выращены в различных направлениях элементарной ячейки по отношению к поверхности слоя. В связи с этим, выделяют три группы III-нитридов: полярные, полуполярные и неполярные [8]. Различные группы III-нитридов и их типичные представители показаны на Рисунок 2. В случае полярных III-нитридов направление [0001] элементарной ячейки перпендикулярно поверхности слоя, и поверхность является плоскостью (0001) (см. Рисунок 2). У неполярных слоев III-нитридов направление [0001J элементарной ячейки принадлежит поверхности слоя. Известно два варианта поверхности неполярных III-нитридов, (10-10) и (11-20) (см. Рисунок 2). Ну и у полуполярных III-нитридов направление [0001] элементарной ячейки наклонено по отношению к поверхности слоя. Известны различные варианты плоскостей поверхности, наиболее известные из них (10-11), (10-13) и (11-22) представлены на Рисунок 2.

(00.1) (10.1) (10.3) (11.2) (11.0) (10.0)

Polar Semi-polar Non-polar

Рисунок 2. Полярное, полуполярное и неполярное направление элементарной ячейки Ш-нитридов по отношению к поверхности слоя.

К сожалению, всё ещё имеется несколько существенных проблем, связанных с ростом и применением III-нитридов. Так, активному развитию Ш-нитридной технологии не помешала высокая плотность линейных дислокаций, в англоязычной литературе "threading dislocation density" (TDD), в исходном

9 2

материале, достигающая 10 см" [8] (так, приборы на основе ваАз перестают функционировать, когда плотность дислокаций превышает значения 104-105 см""), хотя она снижает эффективность устройств на Ш-нитридах [8, 9].

Основными видами линейных дислокаций (ТО) являются винтовая (см. Рисунок З.а), с Бюргере вектором параллельным линии дислокации, и краевая (см. Рисунок З.Ь), с Бюргере вектором перпендикулярным линии дислокации, как это показано на Рисунок 3 [10]. Существует так же смешанный тип линейных дислокаций, с Бюргере вектором, наклонённым к линии дислокации, но их можно

представить в виде суммы краевых и винтовых дислокации.

(a) Screw type

of threading disloaction

Edge type of threading disloaction

(b)

Л

\Z

a, -

\

с = A = [0001 ]

a, -

a,

1/3111-201

Рисунок 3. Направления Бюргере векторов в случае винтовой, а, и краевой

линейных дислокаций, Ь.

Так же в слоях III-нитридов может наблюдаться высокая и плотность дефектов упаковки направления плотной упаковки [0001], в англоязычной литературе "basal plane stacking faults" (BSFs), и призматичных дефектов упаковки, в англоязычной литературе "prismatic stacking faults" (PSFs). Известно несколько видов дефектов упаковки [8, 11]. Эти двумерные дефекты окромлены различными дислокациями. Виды дефектов упаковки, их вектора смещения R, энергия образования е, буквенная последовательность упаковки, вид обрамляющих дислокаций и их Бюргере вектора Ь, приведены в Таблица 1.

Опираясь на исследования трансмиссионной электронной микроскопии (ТЕМ) [12], можно сказать, что наиболее распространённым видом BSFs в III-нитридах является 1Ь с наименьшей энергией образования. В целом BSFs I] в III-нитридах составляют более 90%, и в дальнейшем под BSFs будет пониматься

именно этот вид плоскостных дефектов. В неполярных плёнках Ш-нитридов плотность ВБИб достигает 10бслГ', и РББз рРЗГ~\02см~1 [13, 14, 8, 15].

Таблица 1.

Виды дефектов упаковки, вектора смещения 7?, энергия образования е, буквенная последовательность упаковки, вид обрамляющих дислокаций и их Бюргере вектора Ь.

Вид

Тип /? с. (шсУ) Уннкоика окромляющеП дислокации Ь

/1 1 (20.3) 10 АВАВСВСВС Ьгаик-ЯЬоскЬ'у рагма1 1 (20.3)

[■> £ (1 -1-0) 2-1 АВАВСАСАС БЬосЫеу рагНа! * (1 -1.0)

/з 110110 19 АВАВСВАВА нет нет

Е Ь (00.1) 38 АВАВСАВАВ Ккшк рагНа1 ^(00.1)

РЯР 1(10.1) - вони н кают н {-12.0} плоскости ап- 1чх1 ¿(10.0). I (-3 - 2.0)

Несовершенность кристаллов связана с отсутствием доступных подложек нитрида галлия, поэтому этот материал получают гетероэпитаксией. Наиболее часто используемой подложкой для эпитаксии Ш-нитридов является сапфир. Гетероэпитаксия приводит к возникновению механических напряжений вследствие рассогласования постоянных решеток. Различие температурных коэффициентов расширения подложки и слоя приводит к возникновению напряжения при охлаждении структуры с ростовой температуры (1050°С) до комнатной. Это напряжение приводит к изгибу структуры и образованию линейных и плоскостных дефектов, которые являются нерадиационными центрами рекомбинации пар электрон-дырка [16, 17], что снижает эффективность работы светодиодных устройств на основе Ш-нитридов [8, 18].

Еще одной проблемой является собственная поляризация Ш-нитридов, связанная с асимметрией элементарной ячейки, из-за чего образуются поляризационные заряды на поверхностях слоев Ш-нитридов. На Рисунок 4.а показан пример образования поляризационных зарядов на гранях ва и К, в случае ваЫ.

(а)

Ga - face

N

Gal

N - face

c-axis [OO.lj

Ga- terminated surface

N- terminated surface

c-axis [00. і ]

0.00

eg

E О

z -0.02 О

S

CE -0-04

З о

CL

сл -0.06

э

о

ш Z

£ -0.08 Z

о К

м -0.10

(Ь)

• CH-Iike ■ LZ-like

AIGaN

AIN

AlInN^ InN

++++++++++++

3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 EQUILIBRIUM LATTICE CONSTANT (A)

Рисунок 4. Модель слоя GaN и образовавшиеся поляризационные заряды на гранях Ga и N, а. Величина спонтанной поляризации GaN, AIN, и InN от значения латерального параметра элементарной ячейки, Ь.

Полная поляризация слоя Рш может быть представлена в виде суммы [19]:

Рш — Рп + Р*

(Уравнение 1)

где Рр пьезоэлектрическая компонента, связанная с полями напряжений, вызванных различием параметров решётки между слоями, a Ps компонента спонтанной поляризуемости ІІІ-нитридов [20, 21, 22]. В 1997 году Bernardini рассчитал спонтанную поляризуемость для GaN, AIN, и InN [20]. Результаты его расчётов приведены в Таблица 2. Кроме того, Bernardini показал, что пьезоэлектрическая поляризуемость твёрдых растворов ІІІ-нитридов является нелинейной функцией [21, 20]. На Рисунок 4.Ь. приведена зависимость величина спонтанной поляризации GaN, AIN, и InN и их упорядоченных твёрдых растворов от значения латерального параметра элементарной ячейки.

Таблица 2.

Рассчётная пьезоэлектрическая поляризуемость GaN, AIN, и InN в

С/м [20].

Ps

A1N 0.081

GaX 0.029

I11N 0.032

Поля напряжений, вызванные гетероэпитаксией, деформируют элементарную ячейку и приводят к увеличению внутреннего поляризационного

поля в направлении [0001], которое препятствует рекомбинации зарядов и образованию фотонов. Внутренняя поляризация вызывает спонтанный эффект Штарка, в англоязычной литературе известный как "quantum-confined Stark effect" (QCSE). Особенное значение QCSE играет при гетероэпитаксии InN и его твёрдых растворов, вследствие увеличения рассогласования постоянных решеток слоя и подложки. Таким образом, при увеличении концентрации In в упорядоченном твёрдом растворе полярного InGaN, что соответствует приближению к зелёной части спектра, показанной на Рис.5.а, эффективность излучения оптических приборов, известная в англоязычной литературе как "external quantum efficiency" (EQE), должна убывать из-за увеличения полей поляризации. На Рис.5.Ь показана зависимость эффективности излучения (EQE) полярных HI-нитридов от длины волны. Из зависимости явно видно предсказанное снижение EQE для длин волн больше 400 нм. Использование альтернативных материалов не позволяет, на сегодняшний день, компенсировать низкую EQE в области жёлто-зелёного спектра. Так на том же рисунке приводится сравнение с EQE III-нитридов с материалом имеющем наибольшую EQE в области длинных волн, с AlInGaP. Сравнение эффективностей излучения III-нитридов и AlInGaP выявляет минимум эффективности в области жёлто-зелёного спектра (InGaN) [4]. В англоязычной литературе эта проблема носит название "green gap problem" [23, 5].

(а)

>

w ^

о о

гл +-*

га

а.

га

OÖ

-а с га СС

0.31 0.32 0.33 0.34 0.35 ().. Lattice constant (nm)

Corresponding Color

c-plane GaN based

300 400 500 600

Wavelength (nm)

}

AlInGaP

Рис.5. Смещение длины волны излучения твёрдого раство�