Luminiscenční vlastnosti GaN a heterostruktur na bázi GaN

Abstract

Cílem této bakalářské práce je prispět k určení bodových defektů v polovodiči GaN a heterostrukturách InGaN/GaN, které by mělo pomoci k následnému snížení jejich koncentrace při další přípravě těchto materiálů. K tomu bylo využito metod luminiscenční spektroskopie, konkrétně měření emisních luminiscenčních spekter v závislosti na intenzitě excitačního záření. Určení přítomnosti konkrétních defektů z emisního luminiscenčního spektra je obtížné, nebot' jejich chování není stále teoreticky dobře popsáno. Typ defektu lze určit podle pozorovaného chování spektra, které je charakteristické pro určité typy zářivých přechodů odpovídajících danému typu defektu. Největší pozornost zde byla věnována tzv. žlutému pásu v GaN, který je dominantní při pokojové teplotě. Zkoumány byly vzorky nejčastěji vyrobené pomocí metody MOVPE. Obvykle pozorovaný pás ve spektru GaN byl žlutý pás s maximem na energii okolo 2;20 eV, které v samostatném GaN neměnilo svoji pozici v závislosti na intenzitě excitace. U heterostruktur bylo chování tohoto pásu různé, případně zcela chyběl. Z výsledků vyplývá, že s největší pravděpodobností je za žlutý pás v GaN zodpovědný defekt chovající se jako hluboký donor či akceptor, konkrétně zřejmě komplex CNON. Výsledky této práce umožňují určit pravděpodobné typy bodových defektů ve vzorcích GaN. Určení bodových poruch v heterostrukturách InGaN/GaN je problematické, protože chybí teoretické výpočty pro slitinu InGaN.

The aim of this bachelor project is contribution to point defect determination in semiconductor GaN and heterostructures InGaN/GaN. It should help to lower the defect concentration in further preparation of these materials. Methods of luminescence spectroscopy were used, namely measurement of emission spectra in dependence on the excitation intensity. Determination of specic point defects by this method is still difficult because their behaviour is not theoretically well-described. It is possible to determine the type of the defect from spectra behaviour which is characteristic for certain optical transitions. Most attention was payed to so called yellow band in GaN which is dominant for the room temperatures. Samples grown by MOVPE were mostly studied. Yellow band peaking at 2:20 eV was commonly observed. In free-standing GaN position of its maximum was not changing with different excitation intensities. Its behaviour in heterostructures was various, sometimes it was not observed at all. Our results show that defects acting as deep donors or deep acceptors are responsible for yellow band, namely CNON complex. The results enable to determine most probably types of point defects in GaN samples. Point defect determination in heterostructures InGaN/GaN is questionable because the theoretical calculations are still not avaliable for InGaN alloy.