RU2709999C1 - Источник спонтанного ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 250 нм - Google Patents

Источник спонтанного ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 250 нм Download PDF

Info

Publication number
RU2709999C1
RU2709999C1 RU2018146149A RU2018146149A RU2709999C1 RU 2709999 C1 RU2709999 C1 RU 2709999C1 RU 2018146149 A RU2018146149 A RU 2018146149A RU 2018146149 A RU2018146149 A RU 2018146149A RU 2709999 C1 RU2709999 C1 RU 2709999C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aln
thickness
radiation
source
layer
Prior art date
Application number
RU2018146149A
Other languages
English (en)
Inventor
Валентин Николаевич ЖМЕРИК
Сергей Викторович Иванов
Владимир Иванович Козловский
Олег Андреевич Кошелев
Дмитрий Валерьевич Нечаев
Алексей Николаевич Семенов
Алексей Акимович Торопов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Priority to RU2018146149A priority Critical patent/RU2709999C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2709999C1 publication Critical patent/RU2709999C1/ru

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/12—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen

Abstract

Изобретение может быть использовано в системах очистки воды/воздуха/продуктов, системах химического анализа, медицине, УФ спектрометрии, системах скрытой помехоустойчивой оптической связи и др. Источник спонтанного ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 250 нм включает подложку (1) из с-Al2O3, на которой последовательно сформированы буферный слой (2) из AlN, активная область (3), содержащая по меньшей мере 200 пар слоев в виде нижнего барьерного слоя (5) AlN толщиной (5,5-7,5) нм и слоя (4) квантовой ямы GaN толщиной (0,26-0,78) нм, и верхний барьерный слой (5) из AlN толщиной (5,5-7,5) нм. Источник имеет повышенную эффективность излучения, увеличенную величину мощности, и при этом в нем минимизирован эффект релаксации упругих напряжений. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к области ультрафиолетовой (УФ) полупроводниковой оптоэлектроники, а более конкретно к конструкции источника спонтанного излучения с электронно-лучевой накачкой с длиной волны менее 250 нм УФ спектрального диапазона на основе полупроводниковой (Al,Ga)N гетероструктуры.
Компактные полупроводниковые источники УФ излучения находят широкое применение в системах очистки воды/воздуха/продуктов, системах химического анализа, медицине, УФ спектрометрии, системах скрытой помехоустойчивой оптической связи и др.
Из существующего уровня техники известно, что излучение в УФ спектральном диапазоне (210-360 нм) могут демонстрировать полупроводниковые гетероструктуры на основе системы материалов AlGaN, длина волны излучения которых уменьшается при увеличении содержания Al. При этом изготовление эффективных стандартных полупроводниковых приборов с инжекционной накачкой таких, как светоизлучающие и лазерные диоды, на основе AlGaN с высоким содержанием Al встречает ряд трудностей, связанных, в основном, с проблемами р-легирования слоев AlGaN с высоким содержанием Al и формирования омических контактов к таким структурам. Так, внешняя квантовая эффективность УФ светодиодов на основе гетероструктур AlGaN, выращенных на подложках Al2O3, в настоящее время не превышает 3% для длины волны 250-280 нм и 0,2% для спектрального диапазона менее 250 нм, а спектральный диапазон работы AlGaN лазерных диодов ограничен 330 нм (см. Li et al., Advances in Optics and Photonics, 10, 43, 2018). Указанных проблем с легированием и формированием электрических контактов лишены светоизлучающие устройства с электронно-лучевой накачкой, состоящие из полупроводниковой гетероструктуры и электронной пушки для электронно-лучевого возбуждения.
Известен источник УФ излучения с электронно-лучевой накачкой, изготовленный на основе порошка гексагонального нитрида бора (hBN) (см. Watanabe et al., Nature Photonics 3, 591, 2009) и состоящий из катода, флуоресцентного экрана, покрытого порошком hBN, вакуумной камеры и электродов. Известное устройство продемонстрировало излучение на длине волны 225 нм с мощностью 0,2 мВт при ускоряющем напряжении 8 кВ и эффективностью 0,6%.
Недостатком известного источника УФ излучения является использование порошка объемного материала, который характеризуется значительным поглощением носителей заряда и низкой вероятностью излучательной рекомбинации при электронно-лучевой накачке, что ограничивает мощность и эффективность УФ излучения такого устройства.
Известен источник ультрафиолетового излучения с электронно-лучевой накачкой на основе пленки AlGaN, легированной Si (см. Shimahara et al., Appl. Phys. Expr. 4, 042103, 2011). Слой AlGaN, легированный Si, толщиной 800 нм был выращен на подложке AlN/сапфир с помощью метода газофазной эпитаксии из металлорганических соединений (МОС ГФЭ). Продемонстрировано УФ излучение на длине волны 247 нм с мощностью 2,2 мВт и эффективностью 0,24% при ускоряющем напряжении 10 кВ и токе электронно-лучевой накачки 0,1 мА.
Основным недостатком известного источника УФ излучения является использование толстых слоев материала, которые характеризуются сильным поглощением и низкой вероятностью излучательной рекомбинации носителей заряда при электронно-лучевой накачке, что снижает мощность и эффективность УФ излучения известного источника.
В структурах с квантовыми ямами (КЯ) отсутствует эффект поглощения излучения, а вероятность излучательной рекомбинации носителей заряда существенно выше, чем в объемном материале, что делает такие структуры более перспективными для создания на их основе источников УФ излучения с электронно-лучевой накачкой с более высокими значениями мощности и эффективности. Известен источник УФ излучения (см. Matsumoto et al., Opt. Express 20, 24320, 2012), в котором излучающим элементом служит полупроводниковая гетероструктура с множественными КЯ (МКЯ) Al0.7Ga0.3N/AIN, выращенными на подложке с-сапфира с использованием буферного слоя AlN толщиной 15 мкм с помощью метода газофазной эпитаксии из металлорганических соединений. Структура содержала 10 периодов КЯ, толщины КЯ AlGaN и барьерных слоев AIN составляли 3 нм, общая толщина активной области структур с МКЯ - 60 нм. Продемонстрировано излучение на длине волны 240 нм мощностью 20 мВт и эффективностью 4%.
Недостатаком известного источника УФ излучения является использование широких КЯ AlGaN/AIN, в которых наблюдаются значительные поляризационные поля 1-2 МВ/см, приводящие к модификации зонной структуры КЯ вследствие квантоворазмерного эффекта Штарка, сопровождающейся пространственным разделением носителей заряда, что уменьшает эффективность излучательной рекомбинации и ограничивает выходную оптическую мощность излучения, а также приводит к «красному сдвигу» максимума излучения.
Известен источник спонтанного УФ излучения (см. заявка US 20130075697, МПК B82Y 20/00, H01J 61/30, H01J 63/04, H01J 63/06, H01L 29/06, H01L 33/00, опубликована 28.03.2013), изготовленный на основе полупроводниковой гетероструктуры с МКЯ Al0.69Ga0.31N/AlN, содержащей 8 КЯ толщиной 1 нм с барьерными слоями AlN толщиной 15 нм. Общая толщина активной области структуры с КЯ составила 128 нм. Продемонстрировано спонтанное УФ излучение на длине волны 240 нм с мощностью 100 мВт и эффективностью 0.4% при ускоряющем напряжении 8 кВ.
Недостатком известного источника УФ излучения на основе структур с МКЯ AlGaN/AlN является, во-первых, использование широких КЯ AlGaN/AlN, в которых наблюдаются значительные поляризационные поля, приводящие к модификации зонной структуры КЯ вследствие квантоворазмерного эффекта Штарка, сопровождающейся пространственным разделением носителей заряда, что уменьшает эффективность излучательной рекомбинации и ограничивает выходную оптическую мощность излучения, а также приводит к «красному сдвигу» максимума излучения. Другим существенным недостатком гетероструктур с КЯ на основе AlxGa1-xN является перестройка структуры валентной зоны, состоящей из трех подзон, соответствующих тяжелым (НН), легким (LH) и отщепленным (SH) дыркам. По мере увеличения содержания AI изменяется взаиморасположение этих подзон, и при х>0,25 верхней подзоной становится подзона SH, что приводит к резкому возрастанию вероятности межзонных оптических переходов из зоны проводимости в эту подзону. Это приводит к изменению поляризации выходного излучения из ТЕ- (с нормальной ориентацией вектора электрического поля относительно направления роста кристалла
Figure 00000001
) с изотропной угловой диаграммой выходного излучения в ТМ-поляризованную моду с
Figure 00000002
, имеющей сильно выраженный анизотропный характер с подавленным выходом излучения вдоль оси с. В результате резко падает интенсивность выходного излучения через верхнюю с-плоскость светоизлучающих структур при возрастании содержания Al в КЯ AlGaN, то есть при уменьшении длины волны короче 250-260 нм. Еще одним недостатком является небольшая толщина активной области структур с МКЯ AlGaN/AIN вследствие использования небольшого количества КЯ (8-10), тогда как показано, что глубина проникновения электронного пучка с энергией 10-20 кэВ составляет 0,7-1,5 мкм. В результате, при малой толщине активной области структуры лишь небольшая часть возбуждаемых на толщине порядка микрона электронно-дырочных пар принимает участие в генерации УФ излучения, что также ограничивает выходные параметры прибора - мощность и эффективность. В указанных структурах количество КЯ AlGaN/AlN ограничено эффектом релаксации упругих напряжений, который приводит к увеличению количества структурных дефектов и ухудшению излучательных характеристик.
Известен источник спонтанного УФ излучения (см. Tabataba-Vakili et al., Appl. Phys. Lett. 109, 181105, 2016), Известный источник УФ излучения изготовлен на основе гетероструктуры с МКЯ Al0.56Ga0.44N/Al0.9Ga0.1N с 10 КЯ Al0.56Ga0.44N толщиной 1.5 нм и барьерным слоями Al0.9Ga0.1N толщиной 40 нм, выращенной методом МОС ГФЭ на темплейте AlN/сапфир, обеспечивающем полную плотность дислокаций в структуре на уровне ~108 см-2. Полная толщина активной области структуры составила 550 нм. Электронно-лучевая накачка осуществлялась с помощью электронной пушки с энергией пучка 12 кэВ. Продемонстрировано спонтанное УФ излучение на длине волны 246 нм с максимкальной известной выходной оптической мощностью 230 мВт и эффективностью излучения 0,43%, при этом внутренний квантовый выход составил 23%.
Недостатками известного источника спонтанного УФ излучения являются использование широких КЯ AlGaN и недостаточная толщина активной области структуры, что приводит к снижению эффективности излучения источника.
Известен источник спонтанного УФ излучения с длиной волны менее 250 нм, совпадающий с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип (см. S.M. Uslam et al., Appl. Phys. Lett. 111, 091104, 2017). Источник-прототип содержит подложку из C-Al2O3, на которой последовательно сформированы буферный слой из AlN толщиной 30 нм, активная область, содержащая 10 пар слоев в виде нижнего слоя квантовой ямы GaN толщиной два монослоя и барьерного слоя AlN толщиной 4 нм, и верхний барьерный слой из AlN толщиной 10 нм.
Недостатками известного источника спонтанного УФ излучения-прототипа являются использование широких барьерных слоев AlN, приводящее к значительным упругим напряжениям, и недостаточная толщина активной области структуры, что снижает эффективность излучения и мощность источника.
Задачей настоящего изобретения являлась разработка источника спонтанного УФ излучения с длиной волны менее 250 нм, который бы имел повышенную эффективность излучения и большую величину мощности источника, и при этом был бы минимизирован эффект релаксации упругих напряжений.
Поставленная задача решается тем, что источник спонтанного УФ излучения с длиной волны менее 250 нм включает подложку из C-Al203, на которой последовательно сформированы буферный слой из AlN, активная область, содержащая по меньшей мере 200 пар слоев в виде нижнего барьерного слоя AlN толщиной (5,5-7,5) нм, слоя квантовой ямы GaN толщиной (0,26-0,78) нм и верхний барьерный слой из AlN толщиной (5,5-7,5 нм). Новым в настоящем источнике спонтанного УФ излучения с электронно-лучевой накачкой является использование полупроводниковой гетероструктуры с тонкими барьерными слоями AlN и расположение нижнего барьерного слоя из AlN на буферным слое, что позволяет получить УФ излучение на необходимой длине волны с повышенной эффективностью излучения и увеличить количество КЯ до N>200 без накопления упругих напряжений, что снимает ограничения с толщины активной области структуры и приводит к возможности эффективной генерации УФ излучения при любой энергии пучка до 30 кэВ.
Настоящее изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показано схематическое изображение в разрезе полупроводниковой гетероструктуры, являющейся основой источника спонтанного УФ излучения с электронно-лучевой накачкой;
на фиг. 2 приведено полученное с помощью атомно-силовой микроскопии изображение поверхности AlN(0001) буферного слоя толщиной ~2 мкм;
на фиг. 3 приведены ω-2θ кривые качания рентгеновской дифракции (измеренная - кривая 1 и смоделированная - кривая 2 для МКЯ структуры l,5MC-GaN/5.5HM-AlN)360;
на фиг. 4 показано изменение кривизны подложки во время роста МКЯ структуры которая пропорциональна произведению (деформация хтолщина), во время роста МКЯ структуры (1.5МС-GaN/AlN)120;
на фиг. 5 приведены нормированные спектры катодолюминесценции, измеренные при 300 К, для МКЯ структур (1.5МС- GaN/dAlN-AlN)N с различным числом КЯ: N=40 (10), 120 (20), 360 (30) и толщиной барьерных слоев dAlN=39,8, 15,2, 5,5 нм, соответственно
на фиг. 6 показана зависимость выходной оптической мощности структуры с МКЯ GaN/AlN от тока электронного пучка с энергией 20 кэВ, измеренная в импульсно-сканирующем режиме возбуждения(250 не, 50 Гц) при комнатной температуре.
Полупроводниковая гетероструктура для настоящего источника спонтанного УФ излучения с электронно-лучевой накачкой (см. фиг. 1) выращена на подложке 1 из с-Al2O3 и состоит из буферного слоя 2 из AlN и активной области 3 структуры с МКЯ GaN/AlN. Активная область 3 структуры состоит из периодически чередующейся последовательности слоев 4 КЯ из GaN, заключенных в барьерных слоях 5 из AlN.
Перед началом роста буферного слоя 2 AlN подложку 1 с-Al2O3 отжигают и нитридизуют при температуре подложки 1 Ts=(830-850)°С и (750-780)°С, соответственно. Толщина буферного слоя 2 AlN составляет 2 мкм, его рост проводится с использованием металл-модулированной эпитаксии в металл-обогащенных условиях (FM/FN>1) при температуре подложки 1 в диапазоне (780-820)°С. Перед ростом слоя 4 каждой КЯ GaN проводят операцию подготовки 2D поверхности нижнего барьерного слоя 5 AlN, которая заключается в использовании трех циклов ЭПМ для 2D встраивания в твердую фазу AlN избыточных поверхностных атомов алюминия, завершающихся экспозицией поверхности потоку активированного азота. Это обеспечивает формирование последующего слоя 4 КЯ GaN требуемой толщины с резким нижним гетероинтерфейсом, поскольку встраивание атомов Ga в твердую фазу при дефиците азота происходит только при отсутствии на поверхности конкурирующих атомов Al. В результате, обеспечивается формирование исходной для роста МКЯ атомарно-гладкой морфологии поверхности AlN(0001) с шероховатостью менее 2МС на площади 2×2 мкм2. Рост активной области 3 структуры происходит при неизменной низкой температуре подложки 1 Ts=(690-710)°С, которая, с одной стороны, позволяет подавить эффект сегрегации атомов Ga из слоя 4 КЯ GaN в барьерный слой 5 AlN, который неизбежно вызывает размытие профиля слоя 4 КЯ в направлении роста. С другой стороны, эта Ts оказывается достаточной для сегрегации атомов избыточного Ga с поверхности слоя 4 КЯ в слой избыточного металла на поверхности слоя 5 AlN с их последующим испарением с поверхности во время роста барьерного слоя 5 AlN, поскольку в противном случае избыточный Ga будет встраиваться в барьерный слой 5 AlN. Все слои активной области 3 структуры выращиваются в металл-обогащенных условиях с необходимым пресыщением FGa/FN>1 и FAl/FN>1 для выбранной Ts=690-710°C, что позволяет достичь 2D морфологии поверхности всех слоев, а также
- обеспечивает точный контроль и воспроизводимость толщин слоев 4 КЯ GaN (dGaN) в диапазоне 1-3МС с помощью известного калиброванного потока плазменно-активированного азота и времени роста КЯ tКЯ:
Figure 00000003
- обеспечивает точный контроль и воспроизводимость толщин барьерных слоев 5 AlN (dAlN), которые также задаются калиброванным потоком активированного азота и временем роста tбар согласно (1);
- обеспечивает специфический механизм латеральной релаксации упругих напряжений в слое 4 КЯ GaN с толщиной в диапазоне 1-3 МС, обусловленных несоответствием параметров решетки GaN и AlN, за счет образования изолированных протяженных 2D островков GaN в слое 4 КЯ, при росте МКЯ структур (GaN/AlN)N на релаксировавших буферных слоях 5 AlN, в результате чего не происходит накопления упругих напряжений в МКЯ структуре в целом, что позволяет увеличить число КЯ (свыше N>200) и, таким образом, снять ограничения на толщину активной области 3 УФ излучателей. Перед ростом каждой КЯ GaN проводится операция подготовки 2D поверхности нижнего барьерного слоя AlN, которая заключается в использовании трех циклов ЭПМ для 2D встраивания в твердую фазу AlN избыточных поверхностных атомов алюминия, завершающихся экспозицией поверхности потоку активированного азота. Это обеспечивает формирование последующей КЯ GaN требуемой толщины с резким нижним гетероинтерфейсом, поскольку встраивание атомов Ga в твердую фазу при дефиците азота происходит только при отсутствии на поверхности конкурирующих атомов Al. Толщины барьерных слоев AlN выбираются такими, чтобы за время роста КЯ и барьерного слоя обеспечивалось полное испарение с поверхности роста AlN избыточного металлического Ga со скоростью FGa Des, однозначно задаваемой Ts, а именно
Figure 00000004
что необходимо для предотвращения его встраивания в барьерный слой на ЭПМ стадии и формирования паразитных флуктуаций состава барьерных слоев. При этом избыточный Ga, оставаясь некоторое время на поверхности растущего при низкой температуре барьерного слоя AlN, обеспечивает дополнительное улучшение его морфологии за счет сурфактант-эффекта, т.е. повышения поверхностной подвижности атомов Al и N.
Таким образом, излучающим элементом заявляемого источника спонтанного УФ излучения является полупроводниковая гетероструктура с МКЯ GaN/AlN с двумерной морфологией интерфейсов и строго задаваемой толщиной КЯ в диапазоне 1-3 МС, которые обеспечивают квантоворазмерное ограничение носителей заряда в КЯ, необходимое для контролируемого изменения длины волны выходного излучения от 220 нм до 270 нм при одновременной минимизация эффекта Штарка.
Кроме того, рост гетероструктуры с МКЯ GaN/AlN происходит без нарастания упругих напряжений в структуре, с постоянным значением с-постоянной решетки равной cAlN, что позволяет существенно увеличить число КЯ (до нескольких сотен), а с учетом латеральной локализации неравновесных носителей заряда, одновременно увеличить выходную оптическую мощность и эффективность источников излучения среднего УФ диапазона на их основе.
Пример. Был изготовлен источник спонтанного УФ излучения с электроннолучевой накачкой на основе полупроводниковой гетероструктуры с МКЯ GaN/AlN. Полупроводниковая гетероструктура была выращена на подложке с-Al2O3 с помощью метода плазменно-активированной молекулярно-пучковой эпитаксии и состояла из буферного слоя AlN толщиной 2 мкм и активной области, содержащей МКЯ GaN/AlN. Толщина КЯ GaN составила 1,5 МС, толщина барьерных слоев AlN - 5,5 нм, количество КЯ - 360. Перед началом роста подложка отжигалась и нитридизовалась при температуре подложки Ts=8500C и 780°С и дальнейший рост буферного AlN слоя толщиной ~2 мкм проводился с типичной скоростью 0.4МС/c с использованием металл-модулированной эпитаксии, в которой подача потока Al с интенсивностью, обеспечивавшей рост в металл-обогащенных условиях (FAl/FN~1.3) при относительно низкой температуре Ts=780°C, периодически прерывалась с целью упорядоченного встраивания избыточного Al в растущий слой под воздействием потока азота, непрерывно подававшегося на подложку. В результате происходило формирование атомарно-гладкой бескапельной морфологии поверхности слоя AlN со средней шероховатостью 0.43 нм на площади 1×1 мкм2, изображение которой, полученное с помощью атомно-силовой микроскопии, приводится на Фиг. 2. Концентрация прорастающих дислокаций в буферных слоях AlN, выращенных описанным способом, не превышала 3×109 см-2, что на порядок величины меньше, чем в прототипе. Перед началом роста МКЯ структуры AlN/GaN температура подложки снижалась до Ts=700°С и далее не менялась. Перед ростом каждой КЯ проводилась подготовка поверхности слоя AlN, во время которой сначала проводилось сглаживание морфологии поверхности AlN и удаление с нее металлической фазы Al с помощью трех циклов ЭПМ с использованием потоков FAl=0,48 МС/с и FN=0,44 МС/с, завершавшихся экспозицией поверхности AlN тому же потоку азота в течение 5 с. Номинальная толщина каждой КЯ составила 1,5 МС и обеспечивалась согласно уравнению (2) открытием Ga-источника в течение 3.4 с в металл-обогащенных условиях FGa/FN=2. После окончания роста КЯ GaN (закрытия Ga-источника) немедленно начинался рост барьерного слоя AlN толщиной 5,5 нм в слегка металл-обогащенных условиях (FAl=0,48 МС/с, FN=0,44 МС/с). Высокое качество гетероинтерфейсов в МКЯ структурах подтверждается наблюдением сравнительно узких и интенсивных рефлексов на кривых качания рентгеновской дифракции, которая приводится на Фиг. 3. Во время роста МКЯ структур со сверхтонкими ямами (<3МС) наблюдается, как показано на Фиг. 4, постоянная кривизна подложки, свидетельствующая об отсутствии нарастания инкрементальных упругих напряжений в процессе роста. Это позволило увеличить число КЯ ям до нескольких сотен (максимальное количество КЯ составило 360) при почти неизменных значениях полуширины и спектрального положения одиночного пика катодолюминесценции, как показано на Фиг. 5, где приводятся спектры КЯ для структур с различным числом КЯ. Источник спонтанного излучения с импульсной электронно-лучевой накачкой (250 ns, 50 Гц), изготовленный на основе данной полупроводниковой гетероструктуры, продемонстрировал УФ излучение на длине волны 235 нм с импульсной выходной оптической мощностью 150 мВт и эффективностью 0.75% при энергии пучка 20 кэВ. При этом внутренняя квантовая эффективность составила 73%. Измерения зависимости выходной оптической мощности от тока электронного пучка с энергией 20 кэВ обнаруживают для нее линейный характер во всем доступном диапазоне изменения вплоть до тока 1 мА (Фиг. 6).

Claims (2)

1. Источник спонтанного ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 250 нм, включающий подложку из с-Al2O3, на которой последовательно сформированы буферный слой из AlN, активная область, содержащая по меньшей мере 200 пар слоев в виде нижнего барьерного слоя AlN толщиной (5,5-7,5) нм и слоя квантовой ямы GaN толщиной (0,26-0,75) нм, и верхний барьерный слой из AlN толщиной (5,5-7,5) нм.
2. Источник по п. 1, отличающийся тем, что буферный слой выполнен толщиной 2 мкм.
RU2018146149A 2018-12-25 2018-12-25 Источник спонтанного ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 250 нм RU2709999C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018146149A RU2709999C1 (ru) 2018-12-25 2018-12-25 Источник спонтанного ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 250 нм

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018146149A RU2709999C1 (ru) 2018-12-25 2018-12-25 Источник спонтанного ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 250 нм

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2709999C1 true RU2709999C1 (ru) 2019-12-23

Family

ID=69022865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018146149A RU2709999C1 (ru) 2018-12-25 2018-12-25 Источник спонтанного ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 250 нм

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2709999C1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2262155C1 (ru) * 2004-09-14 2005-10-10 Закрытое акционерное общество "Нитридные источники света" Полупроводниковый элемент, излучающий свет в ультрафиолетовом диапазоне
US20130075697A1 (en) * 2010-06-03 2013-03-28 Ushio Denki Kabushiki Kaisha Ultraviolet irradiation apparatus
US9640717B2 (en) * 2014-11-03 2017-05-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Ultraviolet light emitting apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2262155C1 (ru) * 2004-09-14 2005-10-10 Закрытое акционерное общество "Нитридные источники света" Полупроводниковый элемент, излучающий свет в ультрафиолетовом диапазоне
US20130075697A1 (en) * 2010-06-03 2013-03-28 Ushio Denki Kabushiki Kaisha Ultraviolet irradiation apparatus
US9640717B2 (en) * 2014-11-03 2017-05-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Ultraviolet light emitting apparatus

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S.M. Islam et al., Deep - UV emission at 219 nm from ultrathin MBE GaN/AlN quantum heterostructures, Appl. Phys. Lett., 111, 091104, 1-4, 2017. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Akasaki et al. Widegap column‐III nitride semiconductors for UV/blue light emitting devices
US9478699B2 (en) Nanoscale emitters with polarization grading
KR100458145B1 (ko) 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
US6856005B2 (en) Semiconductor device having a nitride-based hetero-structure and method of manufacturing the same
US9685587B2 (en) Electronic devices comprising n-type and p-type superlattices
JP4822150B2 (ja) 不均一な量子ドットを有する半導体積層構造、それを用いた発光ダイオード、半導体レーザダイオード及び半導体光増幅器並びにそれらの製造方法
Zhang et al. Pulsed atomic layer epitaxy of quaternary AlInGaN layers
Eliseev et al. Band-tail model and temperature-induced blue-shift in photoluminescence spectra of In x Ga 1-x N grown on sapphire
US11600742B2 (en) Optical semiconductor element comprising n-type AlGaN graded layer
JP4996869B2 (ja) 半導体レーザ
Schupp et al. Molecular beam epitaxy based growth of cubic GaN quantum dots
EP3444835A1 (en) Spin-polarized high brightness electron generating photocathode and method for manufacturing for same
RU2709999C1 (ru) Источник спонтанного ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 250 нм
Singha et al. GaN/AlN multiple quantum wells grown by molecular beam epitaxy: effect of growth kinetics on radiative recombination efficiency
KR20080068244A (ko) 표면 플라즈몬을 이용하는 발광 다이오드
JP2006269886A (ja) 量子ドットの形成方法、それを用いた半導体発光素子の製造方法およびその方法により形成された半導体発光素子
US7682709B1 (en) Germanium doped n-type aluminum nitride epitaxial layers
Kishino et al. High-speed GaN growth and compositional control of GaN-AlGaN superlattice quasi-ternary compounds by RF-radical source molecular beam epitaxy
CN112530791A (zh) 一种生长高密度铟镓氮量子点的方法
Gu et al. A comparable study on temperature-dependent photo-luminescence spectra of Mg0. 1Zn0. 9O alloy films and ZnO nanoflakes
Sengupta et al. Comparison of single-layer and bilayer InAs/GaAs quantum dots with a higher InAs coverage
Liao Development of efficient deep ultraviolet light emitting diodes
JP2005093553A (ja) 低格子不整合系における量子ドットの形成方法および量子ドット半導体素子
Hoshino et al. Stranski–Krastanow growth of stacked GaN quantum dots with intense photoluminescence
WO2022261541A1 (en) ELECTRON OVERFLOW OF AIGaN DEEP ULTRAVIOLET LIGHT EMITTING DIODES