Люминесценция структурно-неоднородных эпитаксиальных пленок InGaN красно-оранжевого диапазона
Правительство РФ, Госзадание ИФМ РАН, FFUF-2024-0019
Лобанов Д.Н.
1, Кудрявцев К.Е.
1, Калинников М.А.
1, Федотов И.А.
1, Юнин П.А.
1, Андреев Б.А.
1, Новиков А.В.
1, Красильник З.Ф.
11Институт физики микроструктур Российской академии наук, Нижний Новгород, Россия

Email: dima@ipmras.ru, konstantin@ipmras.ru, kalinnikov@ipmras.ru, fedotov@ipmras.ru, yunin@ipmras.ru, boris@ipmras.ru, anov@ipmras.ru, zfk@ipmras.ru
Поступила в редакцию: 3 августа 2026 г.
В окончательной редакции: 20 августа 2026 г.
Принята к печати: 15 сентября 2026 г.
Выставление онлайн: 26 октября 2026 г.
Сопоставлены структурные и люминесцентные характеристики эпитаксиальных пленок InGaN с содержанием индия ~30-40 %, получаемых методом молекулярно-пучковой эпитаксии с плазменной активацией азота. Показано, что высокотемпературный рост при Tg~600 oC обеспечивает наилучшие показатели морфологии и структурной однородности - гладкую поверхность и минимальный уровень фазовой сепарации тройного раствора InGaN, что определяет потенциал применения подобных слоев как барьеров в новом поколении гетероструктур вида InxGa1-xN/InyGa1-yN. Уменьшение же температуры эпитаксии до Tg~580 oC позволяет, за счет лучшего встраивания индия, получать заметно более узкозонные слои InGaN, интересные как непосредственно материал квантовых ям в подобных структурах. Здесь приходится отметить, что все исследованные образцы InGaN, независимо от Tg, остаются весьма дефектными, с плотностью дислокаций на уровне ND~1011 см-2, и это задает высокие скорости безызлучательной рекомбинации: ~5·109 с-1 при T=77 K и >5·1010 с-1 при T=300 K. Основную роль в безызлучательных процессах, предположительно, играют дислокации несоответствия, а наблюдаемая в эксперименте кинетика люминесцентного отклика изучаемых слоев InGaN хорошо описывается в модели диффузионно-ограниченной рекомбинации на таких дефектах. Таким образом, реализация эффективных длинноволновых III-нитридных излучателей посредством перехода от " классических" гетероструктур GaN/InyGa1-yN к структурам вида InxGa1-xN/InyGa1-yN со сравнительно узкозонными барьерами безусловно требует адаптации имеющихся либо разработки новых технологических подходов к " фильтрации" прорастающих дислокаций в пределах возможно меньших, технологически приемлемых ростовых толщин. Ключевые слова: нитрид индия и галлия, молекулярно-пучковая эпитаксия, спинодальный распад, фотолюминесценция.
- Z.C. Feng. Handbook of solid-state lighting and LEDs (Boca Raton, FL, CRC Press, Taylor \& Francis Group, 2017) рр. 3-13. DOI: 10.1201/9781315151595
- F. Roccaforte, M. Leszczynski. Nitride semiconductor technology power electronics and optoelectronic devices (Wiley-VCH Verlag GmbH \& Co. KGaA, 2020) pp. 254-264. DOI: 10.1002/9783527825264
- Y. Wu, Y. Xiao, M. Reddeppa, Y. Malhotra, Y. Guo, J. Xiao, J. Liu, D. Wang, K. Sun, Z. Mi. Light Sci. Appl., 15, 133 (2026). DOI: 10.1038/s41377-026-02227-3
- K. Kong, J.H. Choi, J.H. Han, E. Lee, J. ParK, N. Kim, J. Lee, C. Shin, J.H. Park, D.-C. Shin, J. Kim, S. Kim, T.-G. Kim, S. Yun, M. Kim. Nature Commun., 16, 5607 (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-60886-z
- R.-H. Horng, C.-X. Ye, P.-W. Chen, D. Iida, K. Ohkawa, Y.-R. Wu, D.-S. Wu. Sci. Rep., 12, 1324 (2022). DOI: 10.1038/s41598-022-05370-0
- C. Adelmann, R. Langer, G. Feuillet, B. Daudin. Appl. Phys. Lett., 75, 3518 (1999). DOI: 10.1063/1.125374
- G.B. Stringfellow. J. Cryst. Growth, 312, 735 (2010). DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2009.12.018
- E. Papadomanolaki, C. Bazioti, S.A. Kazazis, M. Androulidaki, G.P. Dimitrakopulos, E. Iliopoulos. J. Cryst. Growth, 437, 20 (2016). DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2015.12.012
- Д.Н. Лобанов, М.А. Калинников, К.Е. Кудрявцев, Б.А. Андреев, П.А. Юнин, А.В. Новиков, Е.В. Скороходов, З.Ф. Красильник. ФТП, 58 (4), 220 (2024). DOI: 10.61011/FTP.2024.04.58547.6357H
- E. Iliopoulos, A. Georgakilas, E. Dimakis, A. Adikimenakis, K. Tsagaraki, M. Androulidaki, N.T. Pelekanos. Phys. Status Solidi А, 203, 102 (2006). DOI: 10.1002/pssa.200563509
- C.A.M. Fabien, B.P. Gunning, W.A. Doolittle, A.M. Fischer, Y.O. Wei, H. Xie, F.A. Ponce. J. Cryst. Growth, 425, 115 (2015). DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2015.02.014
- S.A. Kazazis, E. Papadomanolaki, M. Kayambaki, E. Iliopoulos. J. Appl. Phys., 123, 125101 (2018). DOI: 10.1063/1.5020988
- A. David, N. Grandjean. Nature Rev. Phys., 8 (8), 447 (2026). DOI: 10.1038/s42254-026-00949-2
- C. Weisbuch, S. Nakamura, Y.-R. Wu, J.S. Speck. Nanophotonics, 10, 3 (2021). DOI: 10.1515/nanoph-2020-0590
- В.Ю. Давыдов, А.А. Клочихин. ФТП, 38, 897 (2004)
- P.G. Eliseev, P. Perlin, J. Lee, M. Osinski. Appl. Phys. Lett., 71, 569 (1997). DOI: 10.1063/1.119797
- A. Bojarska-Cieslinska, L. Marona1, J. Smalc-Koziorowska, S. Grzanka, J. Weyher, D. Schiavon, P. Perlin. Sci. Rep., 11, 21 (2021). DOI: 10.1038/s41598-020-79528-z
- Д.Н. Лобанов, М.А. Калинников, К.Е. Кудрявцев, Б.А. Андреев, П.А. Юнин, А.В. Новиков, Е.В. Скороходов, З.Ф. Красильник. ФТП, 59, 406 (2025). DOI: 10.61011/FTP.2025.07.62005.8371
- M.A. Moram, M.E. Vickers. Rep. Progr. Phys., 72, 036502 (2009). DOI: 10.1088/0034-4885/72/3/036502
- K. Kazlauskas, G. Tamulaitis, A. Zukauskas, M.A. Khan, J.W. Yang, J. Zhang, G. Simin, M.S. Shur, R. Gaska. Appl. Phys. Lett., 83, 3722 (2003). DOI: 10.1063/1.1625111
- D. Holec, Y. Zhang, D.V. Rao, M.J. Kappers, C. McAleese, C.J. Humphreys. J. Appl. Phys., 104, 123514 (2008). DOI: 10.1063/1.3033553
- V.Yu. Davydov, A.A. Klochikhin, V.V. Emtsev, D.A. Kurdyukov, S.V. Ivanov, V.A. Vekshin, F. Bechstedt, J. Furthmuller, J. Aderhold, J. Graul, A.V. Mudryi, H. Harima, A. Hashimoto, A. Yamamoto, E.E. Haller. Phys. Status Solidi B, 234, 787 (2002). DOI: 10.1002/1521-3951(200212)234:3<787:AID-PSSB787>3.0.CO;2-H
- E. Sakalauskas, O. Tuna, A. Kraus, H. Bremers, U. Rossow, C. Giesen, M. Heuken, A. Hangleiter, G. Gobsch, Goldhahn. Phys. Status Solidi B, 249, 485 (2012). DOI: 10.1002/pssb.201100334
- G. Orsal, Y. El Gmili, N. Fressengeas, J. Streque, R. Djerboub, T. Moudakir, S. Sundaram, A. Ougazzaden, J.P. Salvestrini. Opt. Mater. Express, 4, 1030 (2014). DOI: 10.1364/OME.4.001030
- T. Sugahara, H. Sato, M. Hao, Y. Naoi, S. Kurai, S. Tottori, K. Yamashita, K. Nishino, L.T. Romano, S. Sakai. Jpn. J. Appl. Phys., 37, L398 (1998). DOI: 10.1143/JJAP.37.L398
- T. Akagi, K. Kosaka, S. Harui, D. Muto, H. Naoi, T. Araki, Y. Nanishi. J. Electron. Mater., 37, 603 (2008). DOI: 10.1007/s11664-007-0373-4
- M. Strassburg, A. Hoffmann, J. Holst, J. Christen, T. Riemann, F. Bertram, P. Fischer. Phys. Status Solidi C, 0, 1835 (2003). DOI: 10.1002/pssc.200303137
- Yu.G. Musikhina, D. Gerthsen, D.A. Bedarev, N.A. Bert, W.V. Lundin, A.F. Tsatsul'nikov, A.V. Sakharov, A.S. Usikov, Zh.I. Alferov, L. Krestnikov, N.N. Ledentsov, A. Hoffmann, D. Bimberg. Appl. Phys. Lett., 80, 2099 (2002). DOI: 10.1063/1.1462868
- F. Bertazzi, M. Goano, E. Bellotti. Appl. Phys. Lett., 101, 011111 (2012). DOI: 10.1063/1.4733353
- D. Gerthsen, E. Hahn, B. Neubauer, V. Potin, A. Rosenauer, M. Schowalter. Phys. Status Solidi C, 0, 1668 (2003). DOI: 10.1002/pssc.200303129
- H. Lei, J. Chen, P. Ruterana. J. Appl. Phys., 108, 103503 (2010). DOI: 10.1063/1.3509147
- M.K. Horton, S. Rhode, S.-L. Sahonta, M.J. Kappers, S.J. Haigh, T.J. Pennycook, C.J. Humphreys, R.O. Dusane, M.A. Moram. Nano Lett., 15, 923 (2015). DOI: 10.1021/nl5036513
- A.L. Patterson. Phys. Rev., 56, 978 (1939). DOI: 10.1103/PhysRev.56.978
- R. Aleksiejunas, P. Scajev, S. Nargelas, T. Malinauskas, A. Kadys, K. Jarasiunas. Jpn. J. Appl. Phys., 52, 08JK01 (2013). DOI: 10.7567/JJAP.52.08JK01
- Z. Gacevic, V.J. Gomez, N. Garcia Lepetit, P.E.D. Soto Rodriguez, A. Bengoechea, S. Fernandez-Garrido, R. Notzel, E. Calleja. J. Cryst. Growth, 364, 123 (2013). DOI: 10.1016/j.jcrysgro.2012.11.031
- Z. Pan, Z. Chen, H. Zhang, C. Deng, Z. Liu, H. Cao, H. Yang, F. Huang, L. Hu, Qi Wang, G. Zhang, X. Li, Bo Shen. ACS Appl. Electron. Mater., 7, 10471 (2025). DOI: 10.1021/acsaelm.5c01986
- J. Zhu, L.Q. Chen, J. Shen, V. Tikare. Phys. Rev. E, 60, 3564 (1999). DOI: 10.1103/PhysRevE.60.3564
- H.P. Zhao, G. Liu, X.-H. Li, G.S. Huang, J.D. Poplawsky, S.T. Penn, V. Dierolf, N. Tansu. Appl. Phys. Lett., 95, 061104 (2009). DOI: 10.1063/1.3204446
- X. Zhao, Ke Sun, S. Cui, B. Tang, H. Hu, S. Zhou. Adv. Photon. Res., 4, 2300061 (2023). DOI: 10.1002/adpr.202300061
- H.-M. Chang, N. Lim, V. Rienzi, M.J. Gordon, S.P. DenBaars, S. Nakamura. Opt. Express, 32, 35117 (2024). DOI: 10.1364/OE.534149