Оптические свойства сильнолегированных гетероэпитаксиальных пленок InN на сапфире

Abstract

В настоящей работе исследовались гетероэпитаксиальные тонкие пленки InN, осажденные на наноразмерные слои GaN и AlN, которые были предварительно сформированы на сапфировых подложках с толщиной ~ 300 мкм. Создание промежуточных нанослоев GaN и AlN было необходимо для более лучшего согласования параметров элементарной ячейки и коэффициентов термического расширения нитрида индия и сапфира. Спектры низкотемпературной (~ 4.2 K) люминесценции исследовались в зависимости от плотности мощности возбуждения в диапазоне от 7.50 Вт/см2 до 0.03 Вт/см2, а также от температуры в диапазоне 4.2 – 300 K. Исследование спектров фотолюминесценции от уровня возбуждения проводилось при непосредственном погружении образцов в жидкий гелий, что обеспечивало охлаждение образцов до температуры 4.2 K даже при наиболее высоких плотностях мощности лазерного излучения. Возбуждение неравновесных носителей заряда в тонких пленках InN осуществлялось с использованием аргонового (Ar+) лазера, работающего на длине волны 488 нм с мощностью в непрерывном режиме до 5 Вт. Проведенные эксперименты показали, что увеличение концентрации электронов в определенном диапазоне приводит к изменению оптической ширины запрещенной зоны при 4.2 K с 0.695 эВ до 0.745 эВ и соответствующему смещению полосы близкраевой люминесценции в область высоких энергий за счет эффекта Бурштейна-Мосса. Эти исследования указывают на возможность применения зонной теории для сильнолегированных прямозонных полупроводников к полупроводниковому соединению InN.