Badanie rozkład indu przy użyciu transmisyjnej mikroskopii elektronowej oraz dyfrakcji rentgenowskiej w laserowo aktywnej strukturze InGaN/GaN wytworzonej metodą LP‑MOCVD na objetosciowym krysztale GaN.

 

S. Kret, P. Dłużewski, A. Szczepańska, M. Żak, R. Czernecki, M. Kryśko, M. Leszczyński, G. Maciejewski

 

W pracy  wykorzystano opracowaną w naszym zespole metodę pomiaru lokalnego składu chemicznego  w wielo-studniach kwantowych InGaN/GaN.

Metoda ta oparta jest na pomiarze zmian odległości miedzy-płaszczyznowych 0002 w studni i barierze. Pomiarów dokonuje się bezpośrednio na elektrono-mikroskopowych zdjęciach wysokorozdzielczych uzyskanych dla  cienkich przekrojów poprzecznych z wykorzystaniem naszego oryginalnego oprogramowania analizy obrazów HRTEM.  Nasza metodą określilismy  bezwzględne zawartości indu w poszczególnych studniach  z dokładności rzędu +/- 1 at% .

W  tym celu  przeliczano  mierzone odległości miedzy-płaszczyznowe 0002 na koncentracje indu z wykorzystaniem prawa Vegarda. Wysoką dokładność pomiarów osiągnięto   dzięki modelowaniu  rozkładu naprężeń w próbce TEM metoda elementów skończonych. W obliczeniach tych uwzględniano rzeczywistą   geometrię  próbki ( uzyskana z analizy obrazów TEM) oraz anizotropowych i nieliniowych własności  kryształów poddanych silnym odkształceniom.  Uzyskane tą droga bezwzględne  wartości  koncentracji indu zostały porównane z  wynikami  analizy wysokorozdzielczej dyfraktometrii promieni X . Maksymalne poziomy jak i  profile koncentracji  w poszczególnych studniach różną się nieznacznie .  Obie metody pomiarowe są  czułe na  lokalne  fluktuacje  w koncentracji indu. Tym niemniej mierzone  niejednorodności  były na poziomie DxL=0.025 (2.5 at%)

Pole tekstowe: Rys1. (a) dwuwymiarowa mapa dystorsji sieci (składowa || do osi c) wielo-studni kwantowej InGaN/GaN o nominalnej koncentracji indu 10 at% uzyskana na brzegu cienkiego przekroju (b) powiększony fragment mapy obliczonych na ich podstawie lokalnych koncentracji indu.
Lokalne  wyniki analizy TEM i  dyfrakcja promieni X  pozwoliły nam  wykazać ze  wielo-studnie kwantowe InGaN/GaN  otrzymywane  metoda LP-MOCVD charakteryzują się  jednorodnym  rozkładu indu co ma duże znaczenie dla sprawności laserów opartych na tego typu  strukturach kwantowych.

Pole tekstowe: Rys 2. Uśredniony profil koncentracji indu dla 7 kolejnych studni kwantowych.
 

 

 

Pole tekstowe: Rysunek 3. „fałszywe klastery” indowe powstające podczas obserwacji TEM. (a) zjecie po 30 sekundowej obserwacji (b) po 20 minutach obserwacji.
 


W przypadku studni InGaN o wysokich składach( ~20 at%) zaobserwowano zjawisko tworzenia się pseudo klasterów indowych już w pierwszych minutach obserwacji. Fakt ten  zilustrowano,  uwzględniono i przedyskutowano jego wpływ na otrzymane wyniki (rys 3).

 

„Homogenous indium distribution in InGaN/GaN laser active structure grown by LP‑MOCVD on bulk GaN crystal revealed by transmission electron microscopy and x-ray diffraction“ S. Kret, P. Dłużewski, A. Szczepańska, M. Żak, R. Czernecki, M. Kryśko, M. Leszczyński, G. Maciejewski, Nanotechnology, vol. 18, 2007, p 465707, (pp.9)