光致发光的映射GaN-Based纳米结构阵列

自1990年代开始,甘半导体及其相关化合物客栈和AlN突出的位置在现场的半导体材料和设备。宽禁带半导体的成功的p型掺杂氮化镓高效的发展开辟了道路,强劲和持久的蓝色发光二极管和激光二极管(led和摩门教)。对社会的影响是巨大的,导致实现超高密度光学数据存储(与405 nm波长蓝光光盘LD)和最著名的“有效的蓝色发光二极管的发明使得明亮和节能白色光源”(2014年诺贝尔物理学奖)。

氮化镓纳米结构阵列

nanocolumns的增长(nc)是现在著名的方法深入研究也为固态照明作为一个潜在的候选人。不同的方面(极性、非极性和半极化)发生在GaN-based nanocolumns取决于nanocolumn极性。通过生长条件的控制方面可能会提供一个进一步的自由度比外延层。特别是,密集的常规数组Ga-polar nanocolumns可能作为模板的半极化{1-10n}方面InGaN /氮化镓多重量子井的增长,这将不会受到强烈的极化的影响领域目前在极地方向。后者导致空间分离的电子和空穴InGaN /氮化镓量子阱活跃地区,铟含量的增加而增加。这种效应的发展是有害的高效光发射器在更长的波长范围(绿色发光二极管和摩门教)。

选择性区域增长(凹陷)的分子束外延(MBE)是一个可能的选择越来越有序GaN-based nc,高度的控制。一层薄薄的Mo-layer(10 - 20纳米厚度)沉积在一个氮化镓(0001)/蓝宝石模板是由电子束光刻和随后的干蚀刻图案,在插入MBE生长室。有图案的区域由六角形排列的圆形光阑。(80 x 80µm几个固定字段²)设计与孔径直径50和500 nm之间和光圈音调范围在0.25µm和8µm和图案之间的基板的中心区域。这样,MBE增长发生在相同条件下的温度和冲击通量和选择性区域增长的机制可以作为孔径阵列布局的函数进行了研究。图1显示了代表选择性区域增长图像GaN nanocolumns在我们组取得了。

图1 -鸟瞰扫描电子显微镜(SEM)的显微图凹陷GaN nanocolumns不同数控直径和光圈(样本G1225和G1253)。向右,鸟瞰,顶视图SEM显微图的典型锥体形态,它对应于半极GaN表面。(Arne城市UGOE论文2013)。

Micro-photoluminescence设置

Micro-photoluminescence(µ-PL)描述的是一个多功能的工具测量单个纳米线的光学发射特性和数控数组。共焦µ-PL设置已经意识到使用和或三叶草303我摄谱仪,和或牛顿DU920P-EX2-DD CCD探测器。排放的氮化镓/ InGaN范围从紫外线到整个可见光谱,发光,深耗尽检测器与扩展范围双重anti-reflection涂层已经被选择(BEX2-DD)。这个模型展览宽带高量子效率和显示只有很少的校准器。

完成安装的示意图,图2所示。在325 nm HeCd激光发射是反射的二向色镜和聚焦到样品Thorlabs LMU-20X-NUV 20 x显微镜物镜的数值孔径NA = 0.4。样品安装在一个牛津Microstat HiRes2氦流低温恒温器,提供精确的温度控制在3.2 K到500 K。使用两个Thorlabs LNR50S / M线性翻译阶段由步进电机驱动,实现二维扫描。这允许方便的测量光致发光地图。从收集的样品发出的荧光显微镜物镜和成像到20µm共焦针孔。从那里,最后信号耦合到三叶草303我摄谱仪配备牛顿920 CCD探测器。

图2 -示意图的灵活和经济µ-PL设置的温度依赖的测量紫外可见光谱范围内。

CCD芯片可以用空气冷却到-80ºC的珀尔帖效应冷却阶段。额外的水冷却的牛顿相机,冷却可以减少到-100ºC,这将进一步提高信噪比,并将允许更长的积分时间。此外,样本成像到第二个CCD利用两束器和一个白光LED照明。设置操作使用微观管理者开源显微镜软件(µManager),同时支持,和或提供的三叶草摄谱仪通过一个插件,以及雇佣Thorlabs扫描阶段。

结果与讨论

一系列的典型micro-photoluminescence映射GaN数控是显示在图3。集成PL强度地图显示在左侧面板。个人的位置nc 500 nm直径和螺距的4µm六角2 d安排显然是公认的。整个PL强度显示数控系综内非均质性。个别GaN nc的µ-PL光谱的特点是主导near-band-edge发射(NBE) 3.458 eV(358.6海里)(图3,对面板)。然而,额外的发射波长点更高的存在缺陷的存在,特别是基底面堆积层错MBE (bsf)可以诱导生长氮化镓数控数组,如报道(在我们的工作。城市et al ., Nano。15日,第5109 - 5105页(2015)]。的生物沙子饮用水过滤系统排放在361 nm和380 nm之间的范围。

图3 -低温micro-photoluminescence GaN数控数组(左)的映射。两个代表PL发射光谱的nc,没有明显的缺陷——最有可能由于存在底面堆积层错(右)。

总之,µ-PL设置的温度依赖的测量紫外可见光谱范围已经设计并用于GaN nanocolumn数组的调查增加了分子束外延。

确认

欣赏是感激地扩展到Jorg Malindretos博士,物理研究所,Festkorper和Nanostrukturen, Georg-August-Universitat哥廷根。

引用

组织者j . Malindretos c . Hilbrunner a Rizzi, IV。物理研究所,Festkorper和Nanostrukturen, Georg-August-Universitat哥廷根,德国(2019年4月)