Рост гетероструктур AlGaN:Si брегговских зеркал для спектрального диапазона, соответствующего зеленой люминесценции

Abstract

Полупроводниковые лазеры синего и ближнего УФ диапазонов спектра на прямых оптических переходах между зоной проводимости и валентной зоной в активном слое активно используются во многих областях науки и техники. Однако продвижение в диапазон длин волн 500-550 нм, соответствующей максимальной чувствительности человеческого глаза, сопряжено с трудно решаемыми фундаментальными и технологическими проблемами. Альтернативным путем является использование оптических переходов через уровни дефектов в широкозонном (с регулируемой шириной запрещённой зоны в диапазоне 3.4 – 6.2 эВ) твердом растворе AlxGa1-xN, сильно легированном донорами. Широкий спектр излучения дефектов в AlxGa1-xN дает основание для создания источников света от сине-зеленого до ближнего инфракрасного диапазона спектра (практически весь видимый диапазон) и лазеров с уникальными параметрами – с перестраиваемой длиной волны в широком диапазоне длин волн и частот (до 500ТГц). Для исследования эффектов усиления спонтанного излучения и возможности получения лазерной генерации необходимы структуры с резонаторами. В предыдущих работах зеркалами резонатора являлись сколотые поверхности структуры. Распределённые брэгговские отражатели (брэгговские зеркала) позволяют отражать световые волны с гораздо более узкой полосой отражения и большим коэффициентом отражения, чем зеркала, полученные путём скола торцов лазеров. В данной работе представлены результаты роста гетероструктур AlGaN:Si с брегговскими зеркалами для спектрального диапазона, соответствующего зеленой люминесценции. Для отработки роста гетероструктур AlGaN:Si с брегговскими зеркалами была выращена структура с одним брегговским зеркалом с отражением 50%. Гетороструктура состояла из буферного слоя AlN толщиной около 200нм, брегговского зеркала Al0,28Ga0,72N/GaN и активного слоя Al0,62Ga0,38N:Si толщиной 640нм. Рост буферного слоя AlN производился после процесса нитридизации, оптимизация условий которого позволяет выращивать слои AlN с гладкой морфологией поверхности без инверсионных доменов азотной полярности. Легирование активного слоя осуществлялось газовым источником с 0.7% силаном (SiH4), разбавленным в азоте (N2). Структура самого брегговского зеркала состояла из 16 периодов чередующихся слоёв Al0,28Ga0,72N/GaN. Для измерения спектра отражения использовалась 30-ваттная дейтериевая лампа. Фотолюминесценция (ФЛ) возбуждалась He-Cd лазером (длина волны 325 нм) и 4-ой гармоникой импульсного Nd:YLF лазера (длина волны 263 нм, длительность импульсов 5 нс, частота повторений 1 кГц). Измерение спектра отражения сформированного брэгговского зеркала путём засветки со стороны сапфировой подложки показало усиление 4, 3 и 2 раза для длин волн 475нм, 500нм, 525нм (см. Рисунок). При заданном содержании Al энергетическое положение максимума интенсивной полосы ФЛ составляет 500 нм, что соответствует зеленому спектральному диапазону. При возбуждении ФЛ с лицевой стороны данный образец продемонстрировал усиление излучения активного слоя на длине волны 500нм.