Формирование методом молекулярно-пучковой эпитаксии с плазменной активацией азота гетероструктур с множественными квантовыми ямами InN/InGaN на сапфире

Исследованы особенности процесса роста многослойных гетероструктур с квантовыми ямами InN/InGaN методом молекулярно-пучковой эпитаксии с плазменной активацией азота в режиме модулированных потоков металлов. Для компенсации упругих напряжений в структуре активная область была сформирована в виде сверхрешетки InN/InGaN, согласованной по усредненному параметру решетки с нижележащим буферным слоем InGaN. Показано, что при росте относительно узких квантовых ям InN, шириной до 3 нм, в активной области структуры не происходит релаксации упругих напряжений, а плотность дислокаций сохраняется на уровне $N_D\sim$ (3–4)$\cdot$10$^{10}$ см$^{-2}$, что соответствует плотности дислокаций в InGaN-буфере. Такие структуры демонстрируют наиболее интенсивную фотолюминесценцию в диапазоне длин волн 1.3–1.5 мкм. При росте более широких квантовых ям дефектность структур резко возрастает ($N_D>$ 10$^{11}$ см$^{-2}$), что сопровождается падением интенсивности эмиссии. Выращенные структуры с квантовыми ямами InN/InGaN продемонстрировали на порядок лучшую температурную стабильность фотолюминесценции по сравнению с объемными слоями InN (гашение фотолюминесценции в $\sim$3 и $\sim$25 раз соответственно, в диапазоне температур 77–300 K). Тем не менее при низкой температуре ($T$ = 77 K) интенсивность фотолюминесценции исследуемых структур с квантовыми ямами InN/InGaN заметно уступает таковой для объемного слоя InN, что, по-видимому, указывает на значительную роль безызлучательной рекомбинации по механизму Шокли–Рида–Холла в структурах с квантовыми ямами (в противовес оже-рекомбинации в объемном InN).