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关于InGaN/GaN多量子阱结构内量子效率的研究

王雪松 冀子武 王绘凝 徐明升 徐现刚 吕元杰 冯志红

关于InGaN/GaN多量子阱结构内量子效率的研究

王雪松, 冀子武, 王绘凝, 徐明升, 徐现刚, 吕元杰, 冯志红
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  • 利用金属有机物化学气相沉积技术在蓝宝石衬底(0001)面生长了InGaN/GaN多量子阱结构,并测量了其荧光(PL)光谱的峰位能量和发光效率对温度和注入载流子密度的依赖性. 结果显示,该样品PL 的峰位能量对温度的依赖性是“S形”的(降低-增加-降低),并且最大发光效率出现在50 K左右. 前者反映了InGaN阱层中势能的非均一性和载流子复合的局域特征,后者则表明了将极低温度下的内量子效率设定为100%的传统界定方法应当被修正. 进一步的研究结果显示,发光效率不仅是温度的函数,同时也是注入载流子密度的函数. 为此我们对传统的基于PL光谱测量来确定某结构(或器件)内量子效率的方法进行了修正:在不同温度下测量发光效率对注入载流子密度的依赖性,并将发光效率的最大值设为内量子效率是100%,这样,其他温度点和注入载流子密度点所对应的内量子效率也就随之确定.
    • 基金项目: 高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20120131110006)、山东省科技发展计划(批准号:2013GGX10221)和国家自然科学基金(批准号:61306113)资助的课题.
    [1]

    Hu X L, Zhang J Y, Shang J Z, Liu W J, Zhang B P 2010 Chin. Phys. B 19 117801

    [2]

    Jiang R L, WANG J Z, Chen P, Zhao Z M, Mei Y F, Shen B, Zhang R, Wu X L, Zheng Y D 2002 Chin. Phys. Lett. 19 1553

    [3]

    Zhang J C, Dai L, Qin G G, Ying L Z, Zhao X S 2002 Acta Phys. Sin. 51 629 (in Chinese) [张纪才, 戴伦, 秦国刚, 应丽贞, 赵新生 2002 物理学报 51 629]

    [4]

    Xing Y H, Deng J, Han J, Li J J, Shen G D 2009 Acta Phys. Sin. 58 590 (in Chinese) [邢艳辉, 邓军, 韩军, 李建军, 沈光地 2009 物理学报 58 590]

    [5]

    Kim M H, Schubert M F, Dai Q, Kim J K, Schubert E F, Piprek J, Park Y 2007 Appl. Phys. Lett. 91 183507

    [6]

    Hader J, Moloney J V, Koch S W 2010 Appl. Phys. Lett. 96 221106

    [7]

    Zhu J H, Wang L J, Zhang S M, Wang H, Zhao D G, Zhu J J, Liu Z S, Jiang D S, Yang H 2011 Chin. Phys. B 20 077804

    [8]

    Xu G Z, Liang H, Bai Y Q, Liu J M, Zhu X 2005 Acta Phys. Sin. 54 5344 (in Chinese) [徐耿钊, 梁琥, 白永强, 刘纪美, 朱星 2005 物理学报 54 5344]

    [9]

    Yan Y H, Han J, Liu J P, Deng J, Niu N H, Shen G D 2007 Acta Phys. Sin. 56 7295 (in Chinese) [邢艳辉, 韩军, 刘建平, 邓军, 牛南辉, 沈光地 2007 物理学报 56 7295]

    [10]

    Lee Y J, Chih C H, Ke C C, Lin P C, Lu T C, Kuo H C, Wang S C 2009 IEEE J. Sel. Top. Quant. 15 1137

    [11]

    Hangleiter A, Fuhrmann D, Grewe M, Hitzel F, Klewer G, Lahmann S, Netzel C, Riedel N, Rossow U 2004 Phys. Status Solidi A 201 2808

    [12]

    Yoichi Y, Kazuto I, Takahiro K, Naohiko S, Tsunemasa T, Hiromitsu K, Hiroaki O 2008 J. Light Vis. Env. 32 191

    [13]

    Takakazu K, Yasuhiro S, Masaki Y, Kazuya M, Hiromitsu K, Hiroaki O, Yoichi Y 2012 Jpn. J. Appl. Phys. 51 072102

    [14]

    Satoshi W, Norihede Y, Masakazu N, Yusuke U, Chiharu S, Yoichi Y, Tsunemasa T, Kazuyuki T, Hiroaki O, Hiromitsu K 2003 Appl. Phys. Lett. 83 4906

    [15]

    Lee Y J, Kuo H C, Lu T C, Wang S C, Ng K W, Lau K M, Yang Z P, Chang A S P, Lin S Y 2008 J. Lightwave Technol. 26 1455

    [16]

    Sasaki A, Shibakawa S, Kawakami Y, Nishizuka K, Nurukawa Y, Mukai T 2006 Jpn. J. Appl. Phys. 45 8719

    [17]

    Jimi H, Inada T, Fujiwara K 2008 Phys. Status Solidi (RRL) 2 50

    [18]

    Yamane Y, Fujiwara K, Sheu J K 2007 Appl. Phys. Lett. 91 073501

    [19]

    Wang H N, Ji Z W, Qu S, Wang G, Jiang Y Z, Liu B L, Xu X G, Mino H 2012 Opt. Express 20 3932

    [20]

    Feng Z C, Zhu L H, Kuo T W, Wu C Y, Tsai H L, Liu B L, Yang J R 2013 Thin Solid Films 529 269

    [21]

    Cho Y H, Gainer G H, Fischer A J, Song J J, Keller S, Mishra U K, Denbaars S P 1998 Appl. Phys. Lett. 73 1370

    [22]

    Ramaiah K S, Su Y K, Chang S J, Kerr B, Liu H P, Chen I G 2004 Appl. Phys. Lett. 84 3307

    [23]

    Wang F, Ji Z W, Wang Q, Wang X S, Qu S, Xu X G, L Y J, Feng Z H 2013 J. Appl. Phys. 114 163525

    [24]

    Ma J, Ji X L, Wang G H, Wei X C, Lu H X, Yi X Y, Duan R F, Wang J X, Zeng Y P, Li J M, Yang F H, Wang C, Zou G 2012 Appl. Phys. Lett. 101 131101

    [25]

    Feng S W, Cheng Y C, Chung Y Y, Yang C C, Ma K J, Yan C C, Hsu C, Lin J Y, Jiang H X 2003 Appl. Phys. Lett. 82 1377

    [26]

    Eliseev P G 2003 J. Appl. Phys. 93 5404

    [27]

    Eliseev P G, Perlin P, Lee J, Osinski M 1997 Appl. Phys. Lett. 71 569

    [28]

    Sun H, Ji Z W, Wang H N, Xiao H D, Qu S, Xu X G, Jin A Z, Yang H F 2013 J. Appl. Phys. 114 093508

    [29]

    Martil I, Redondo E, Ojeda A 1997 J. Appl. Phys. 81 2442

    [30]

    Cao X A, Stokes E B, Sandvik P M, LeBoeuf S F, Kretchmer J, Walker D 2002 IEEE Electr. Dev. L 23 535

  • [1]

    Hu X L, Zhang J Y, Shang J Z, Liu W J, Zhang B P 2010 Chin. Phys. B 19 117801

    [2]

    Jiang R L, WANG J Z, Chen P, Zhao Z M, Mei Y F, Shen B, Zhang R, Wu X L, Zheng Y D 2002 Chin. Phys. Lett. 19 1553

    [3]

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    [6]

    Hader J, Moloney J V, Koch S W 2010 Appl. Phys. Lett. 96 221106

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    Zhu J H, Wang L J, Zhang S M, Wang H, Zhao D G, Zhu J J, Liu Z S, Jiang D S, Yang H 2011 Chin. Phys. B 20 077804

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    Hangleiter A, Fuhrmann D, Grewe M, Hitzel F, Klewer G, Lahmann S, Netzel C, Riedel N, Rossow U 2004 Phys. Status Solidi A 201 2808

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    Satoshi W, Norihede Y, Masakazu N, Yusuke U, Chiharu S, Yoichi Y, Tsunemasa T, Kazuyuki T, Hiroaki O, Hiromitsu K 2003 Appl. Phys. Lett. 83 4906

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    [17]

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    [18]

    Yamane Y, Fujiwara K, Sheu J K 2007 Appl. Phys. Lett. 91 073501

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    Sun H, Ji Z W, Wang H N, Xiao H D, Qu S, Xu X G, Jin A Z, Yang H F 2013 J. Appl. Phys. 114 093508

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    [30]

    Cao X A, Stokes E B, Sandvik P M, LeBoeuf S F, Kretchmer J, Walker D 2002 IEEE Electr. Dev. L 23 535

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出版历程
  • 收稿日期:  2013-11-03
  • 修回日期:  2014-03-10
  • 刊出日期:  2014-06-05

关于InGaN/GaN多量子阱结构内量子效率的研究

  • 1. 山东大学物理学院, 济南 250100;
  • 2. 山东大学晶体材料国家重点实验室, 济南 250100;
  • 3. 河北半导体研究所, 专用集成电路国家级重点实验室, 石家庄 050051
    基金项目: 

    高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20120131110006)、山东省科技发展计划(批准号:2013GGX10221)和国家自然科学基金(批准号:61306113)资助的课题.

摘要: 利用金属有机物化学气相沉积技术在蓝宝石衬底(0001)面生长了InGaN/GaN多量子阱结构,并测量了其荧光(PL)光谱的峰位能量和发光效率对温度和注入载流子密度的依赖性. 结果显示,该样品PL 的峰位能量对温度的依赖性是“S形”的(降低-增加-降低),并且最大发光效率出现在50 K左右. 前者反映了InGaN阱层中势能的非均一性和载流子复合的局域特征,后者则表明了将极低温度下的内量子效率设定为100%的传统界定方法应当被修正. 进一步的研究结果显示,发光效率不仅是温度的函数,同时也是注入载流子密度的函数. 为此我们对传统的基于PL光谱测量来确定某结构(或器件)内量子效率的方法进行了修正:在不同温度下测量发光效率对注入载流子密度的依赖性,并将发光效率的最大值设为内量子效率是100%,这样,其他温度点和注入载流子密度点所对应的内量子效率也就随之确定.

English Abstract

参考文献 (30)

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