InGaN низкоразмерные структуры для источников ИК диапазона

Полупроводниковые структуры, формируемые на базе III-нитридов (AlN, GaN, InN и их тройные соединения), интересны как основа для светоизлучающих устройств, перекрывающих весь спектральный диапазон от глубокого ультрафиолета до ближней инфракрасной области. На настоящий момент потенциал подобных структур реализован в достаточной мере лишь в ультрафиолетовой и сине-зеленой областях спектра для GaN, AlGaN и InGaN с малой долей In. Продвижение же в область более длинных волн, в сторону InN, сдерживается сравнительно низким кристаллическим качеством получаемых на настоящий момент эпитаксиальных пленок InGaN с большой долей индия, высокой фоновой концентрацией электронов и большим числом центров безызлучательной рекомбинации в таких слоях. Предлагаемый проект направлен на расширение диапазона работы светоизлучающих III-нитридных структур в красно-оранжевую часть спектра со стороны ближней ИК области и основывается на опыте авторов в области роста и изучения объемных слоев InN (характеризующихся наиболее длинноволновой эмиссией среди III-нитридных соединений) в качестве отправной точки исследования. Предлагаемый проект подразумевает как развитие физических основ эпитаксиального роста слоев InGaN и гетероструктур с квантовыми ямами (КЯ) InN/InGaN, так и формирование актуальных представлений об излучательных свойствах подобных структур. Задачами проекта являются: (i) выявление оптимальных условий эпитаксиального роста как объемных слоев InGaN с высокой (50-100%) долей индия, так и гетероструктур с КЯ InN/InGaN, нацеленных на изготовление лазерных структур для видимого и ближнего ИК диапазонов, (ii) исследование излучательных свойств и преобладающих процессов межзонной релаксации избыточных носителей заряда в получаемых структурах, (iii) выявление условий достижения инверсной населенности и стимулированной эмиссии в структурах на основе InGaN слоёв и гетероструктур с КЯ InN/InGaN, (iv) отработку пост-ростовых технологий в системе InGaN и практическую реализацию лазерных микроструктур различных дизайнов с оптической накачкой. Актуальность предлагаемых исследований обусловлена практическим интересом к реализации на основе InGaN «длинноволновых» светоизлучающих устройств, дополняющих устройства видимого диапазона в линейке III-нитридной оптоэлектроники. Научная же новизна работы определяется сложившимся вектором исследований III-N структур, направленным преимущественно на трехмерные наноструктуры (в частности, по типу нитевидных нанокристаллов), что особенно характерно для InGaN гетероструктур с высоким содержанием индия; по этой причине свойства планарных структур оказались исследованы не в полной мере. Так, рост гетероструктур с квантовыми ямами InN/InGaN и изучение свойств таких структур фактически представлены в литературе единичными работами. Что же касается объемных слоев InGaN, действительно, в некотором диапазоне составов их получение и свойства изучены весьма хорошо; кроме того, уровень качества лучших структур, получаемых различными лабораториями в мире, сходен, и подходы, способные на прорывные достижения в эпитаксии InGaN не очевидны. В то же время, для ряда задач уже достигнутые показатели качества структур InGaN могут оказаться достаточными, и в первую очередь это касается построения лазерных источников излучения. Здесь сама необходимость получения инверсии на межзонных переходах в InGaN может определять высокие рабочие концентрации электронов и дырок, приводя к «насыщению» рекомбинации Шокли-Рида и смещая акцент в сторону оже-процессов. В свою очередь, оже-рекомбинация является универсальным механизмом, сходно проявляющимся в планарных слоях InGaN и самоформирующихся 3D наноструктурах. Именно по этой причине можно рассчитывать на то, что определенные успехи в построении лазерных структур на основе значительно более удобных технологически планарных (по сравнению с нитевидными нанокристаллами) гетероструктурах InGaN.