Тематика

Разработаны научные основы технологии синтеза квантовых точек InGaN/(Al)GaN для активной области светоизлучающих приборов. Создана технология эпитаксиального роста гетероструктур InGaN/AlGaN для высокоэффективных светодиодов, излучающих в синем, зеленом и ближнем ультрафиолетовом диапазонах. Предложены и исследованы структурные и оптические свойства светодиодных структур с активной областью на основе сверхтонких InGaN-квантовых ям, ограниченных с обеих сторон коротко-периодными сверхрешетками InGaN/GaN. Показано, что использование в качестве ограничивающих слоев варизонных короткопериодных сверхрешеток позволяет существенно увеличить квантовую эффективность излучения. Проведены исследования оптических свойств таких структур при оптической и инжекционной накачках. Созданы прототипы светодиодных структур, содержащих в активной области одиночные сверхтонкие слои InGaN, и продемонстрирована возможность получения эффективного излучения вплоть до длин волн 560 нм.

Выполнен комплекс исследований, включающий выбор оптимального «внутреннего дизайна» светодиодной структуры синего диапазона (последовательность, толщины, состав отдельных слоев структуры и профили легирования) для реализации максимального внутреннего квантового выхода излучения и эффективности вывода света из кристалла для создания эффективных светодиодных структур, работающих при высоких значениях рабочей плотности тока. Проведенная экспериментальная работа по оптимизации дизайна гетероструктур опиралась на комплексное численное моделирование их электрических и оптических свойств. Проведена оптимизация наноразмерных светоизлучающих гетероструктур для светодиодов ближнего ультрафиолетового диапазона (350-380 нм) с использованием квантовых ям GaN в матрице AlGaN. Это позволило создать активные области светоизлучающих гетероструктур с длинами волн излучения менее 365 нм. Для особо мощных светоизлучающих диодов синего диапазона 440−470 нм была предложена светодиодная структур с активной областью на основе сверхтонких InGaN-квантовых ям, ограниченных с обеих сторон коротко-периодными сверхрешетками InGaN/GaN.

Созданы прототипы светодиодных структур, содержащих в активной области одиночные сверхтонкие слои InGaN с высоким содержанием In, и продемонстрирована возможность получения излучения c высокой эффективностью вплоть до глубокого зеленого диапазона длин волн 540-560 нм.

Созданы наногетероструктуры с двумя InGaN квантовыми ямами, излучающими в синей и зеленой областях спектра и разделенными короткопериодной сверхрешеткой InGaN/GaN. На основе таких структур изготовлены прототипы монолитных дихромных источников белого света на основе таких структур.

Разработаны технологические процессы по выращиванию гетероструктур методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений для изготовления оптоэлектронных приборов работающих в ближней и средней инфракрасной области спектра (1,0 - 4,5 мкм). Эти приборы могут быть использованы в качестве фотоприемников для тепловизоров, термофотопреобразователей и, в случае применения в солнечных преобразователях, для преобразования длинноволновой части солнечного спектра, что позволит увеличить общий КПД преобразования до 35 %. Кроме того, на основе разработанных структур, могут быть изготовлены излучающие диоды и лазеры.

Исследуются технологические процессы выращивания эпитаксиальных слоев SiC на подложках SiC и Si, а также разработан метод выращивания нанопорошков из Si и SiC . Эти порошки химически инертны в биологических средах и могут использоваться в качестве люминесцирующих маркеров при медицинских исследованиях.

Разработан метод получения цифровых инфракрасных (2.5 – 3мкм) изображений полупроводниковых структур с высоким пространственным разрешением. С помощью ИК микроскопии обнаружено, что в мощных светодиодах на основе InGaN квантоворазмерных гетероструктур возникают значительные тепловые градиенты по площади p-n-перехода: локальный перегрев может быть заметно выше, чем средняя температура активной области, определяемая из смещения электрических или спектральных характеристик. Разработана численная модель расчета распределения плотности токов по площади p-n-перехода мощных излучающих кристаллов флип-чип конструкции. Модель основана на вычислении потенциалов и токов в трехмерной сетке сопротивлений путем решения системы линейных уравнений Кирхгофа. Проведено экспериментальное исследование тепловых процессов в мощных светодиодов, исходя из температурных зависимостей электрических и спектральных характеристик, а также при непосредственном температурном картографировании. Установлена четкая корреляция между экспериментально полученными распределениями температурными полей и расчетными значениями распределения плотности тока в InGaN светодиодах вертикальной и мезапланарной (флип-чип) конструкции.

С применением методов диффрактометрии, просвечивающей электронной микроскопии и мультифрактальной параметризации исследовались структурные свойства наноматериалов. Установлено, что система протяженных дефектов, включающая дислокации, их скопления, а также дилатационные и дислокационные границы, является основным каналом безызлучательных потерь. Рекомбинационные свойства этой системы изменяются с ростом концентрации неравновесных носителей, что дает вклад в падение внешней квантовой эффективности при плотностях тока больше 10 А/см2. Показана применимость теории низкочастотного шума к InGaN/GaN светодиодам и установлено, что зависимости спектральной плотности низкочастотного шума (S) от плотности тока (I), несут информацию о поведении и состоянии дефектной системы (ДС) в InGaN/GaN светодиодах в процессе наработки и могут стать основой для разработки методов обнаружения потенциально ненадежных светодиодов.