引言
InxGa1-xN（以下简称↓为InGaN）材料具有0.7 eV~3.5 eV可调的直接带隙能量，被广泛应用于光电子器件领域。其中，利用InGaN制备高效的蓝光或绿光发光二极管（light emitting diodes，LED）是一项具有广阔前景的应用。然而，该领域的发展也不是一帆风顺，诸多挑战频频出现限制了这Ψ项技术的快速崛起。其中≡之一便是“Green Gap”问题，即室温下器件在绿光波段的发光效率远◇低于蓝光波段的发光效率。据已有报道显№示，蓝光LED的外量子效率峰值可以达到86%，而绿光仅为44%。造成近2倍外量子效率峰值差的原因是目前科学家争论的热点。有◣科学家表明，绿︼光发射大都需要在低温生长工艺下制备得到高铟含╳量材料，这些☆材料通常会形成许多缺陷，例如位错（螺旋位错、失配）、沟槽缺陷及点缺陷等。缺陷⌒可能会成为非辐射复合中心，或辅助载流子从空间电荷区隧穿到InGaN有源区，并伴随有非辐射复合，进而造成◣发光效率低下。因此，为了推进高效绿光发光二极管的发展，需要深入√研究缺陷类型对“green gap”的影响，从ζ原子层面揭示相关机制。
成果简介
针对上述问∩题，F. C. Massabuau等人利用阴♀极荧光光谱（cathodoluminescence，CL）、时间分辨阴极荧光光谱（time-resolved cathodoluminescence，TR-CL）及分子动力学模拟手段，研究了铟含量在5%~15%的厚InGaN层中的螺旋位错的光学与结构性质，并对“Green Gap”与InGaN的缺陷之间的关系进∞行了讨论。实验结果表明，在上述考量成分范围▅内的样品中，铟★原子在位错附近（距位错核纳米范ω 围内）分离。这一现象有助于⊙形成In-N-In链或原子凝聚物，从而可以在位错处局域载流子并且能够抑制非辐射复合。该团队还注意到随着铟含量的增加，位错周围的暗晕成为一重要特■征，激起了团队※的好奇，并对这一特征的物性进行了深入分析。对∮于低铟组分样品（x<12%），团队将暗晕归因于V型凹坑平面以下较低组分材料的生长；对于高组分样品（x>12%），暗晕的起源尚未确定，可能↙是由于V型坑的面上位错束的形成，或是表面电位的变化→，亦或是载流子扩散长≡度的增加。F. C. Massabuau等人相信，上述研究内容【对阐明位错在发光二级管中的“Green Gap”问题有极♀大的推进作用。相关工作已经发表在Journal of Applied Physics上，有关原文更多精彩的内容，可参考https://doi.org/10.1063/1.5084330。
在F. C. Massabuau等人的工作中，选用了瑞士Attolight公司生△产的Allalin 4207 SEM-CL系统进行时间分辨阴极荧光光谱的」测试。该仪器极高的光谱分辨率和空间分辨率是揭示ΨInGaN表面缺陷与其发光效率←之间关系的关键。更为重要的是，该仪器皮秒级的时间分辨精度为实验揭示InGaN表面缺陷区域载流子的动力学机制提供了强有力地帮助，推进了InGaN制备高效绿光发光二极管的研㊣ 究。
做为世界上首个ξ 时间分辨SEM-CL的制造商，Attolight公司的Allalin 4207 SEM-CL系统主⊙要包含三个模块：激发模块、Attolight SEM-CL模块、探测模块。激发模块的核心是利用定制的三▆倍频掺铒光纤激光器产生紫外波段脉冲（波长355 nm，5 ps，重复频率80 MHz）。将生成的紫外波段脉冲耦合【到SEM-CL系统当中，并以紫外光辐照场发射电子枪，从而获得皮秒级的电子脉冲。Attolight SEM-CL系统将消色差反射透镜（na=0.71）集成到扫描电镜的物镜中，从而使它们的焦平面对＠准，并有效减少了其他繁△冗的对准操作。为了能够在◇低温下进行稳定而精确的测试，系统特〒别集成有冷台，工作温度20K到300K 。其探测系统有两种模式，CL信号经切尔尼特纳型单色仪（Horiba Scientific，iHR 320）衍射后，由Andor Newton 920 CCD相机收集信息。而对于时间分辨测试，则以Optronis SC-10型条纹相机在光子①计数模式下进行。该仪器工作模式多种多样，包括光◣学显微镜成像、阴极荧光测＠ 量(多色，单色和高□ 光谱)、二次电子测量、时间分辨阴极荧光(时间分辨选项)和 二次电子和阴极荧光同步等测量。同时，可提供300 μm直径的光学和电子视场，优于10 nm的空间分◣辨率和10 ps的时◆间分辨率， 以及最多6自由度位移控制。基于ω上述优势，Allalin 4207 SEM-CL系统在LED性能和可靠性评◆价，GaN功率晶体管，线位错密度，载流子寿命和动力学，太阳能电池的效率，纳米尺度光电器件等领域大放∴异彩，是进行各种半导体和光电材料∞诸如载流子寿命和动力↘学研究等的完美工具。
图文导读
图1 InGaN样品的（a）AFM图像；（b）连续波模式CL（含强度信卐息）图像；（c）连续波模式CL（含峰〇值波长信息）图像；（d）脉冲模式CL（含强度信息）图像；（e）脉冲模式CL（含峰值波长信息）图像；（f）条纹相▲机采集的图像信息；（g）由图（f）中抽取的弛豫曲线。
图2 波长与（a）弛豫时间及（b）上升时间的↑依赖关系
图3 室温下样品缺陷的亮点周围区域（a）与亮点区域（b）的弛豫时间与波长关系∏曲线
