Excitonic recombination processes in III-nitride quantum wells

• Applicant: Professor Dr. Andreas Hangleiter
• Subject Area: Experimental Condensed Matter Physics
• Term: from 2017 to 2022
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 392680433

• Final Report Year: 2023

Final Report Abstract

Mit Hilfe zeitaufgelöster Photolumineszenz konnte zum einen der Nachweis geführt werden, dass bei tiefer Temperatur 100 % Quantenausbeute vorliegt. Zum anderen zeigen die Messungen aber auch, dass nichtstrahlende Prozesse über Defektzustände einen temperaturunabhängigen Tunnelanteil haben, der zu einer Sättigung der Quantenausbeute bei <100 % führen kann. Durch einen Vergleich der Intensitäten mit Proben mit 100 % Quantenausbeute kann trotzdem die Quantenausbeute absolut bestimmt werden. Messungen zur Dichteabhängigkeit der Rekombinationsprozesse zeigen, dass im Grundsatz die schon früher beobachtete exzitonische Verstärkung von strahlender Rekombination und Auger-Rekombination vermutlich auch für nichtpolare Quantenfilme beobachtet werden kann. Es ergab sich aber eine Unsicherheit durch die erhebliche Diskrepanz zwischen aktuellen Messungen an einer polaren Probe und früheren Messungen an derselben Probe, die die bisherige Bestimmung der Ladungstragerdichte in Frage stellt. Mit Hilfe von ersten Femtosekunden Pump-Probe-Messungen konnte nun schon gezeigt werden, dass aufgrund relativ langsamer Intraband-Relaxation eine anfängliche Sättigung der Absorption auftreten kann, die zu einer reduzierten Absorption und zu einer Überschatzung der Ladungstragerdichte führt. Durch systematische Pump-Probe-Messungen kann dieser Effekt der Sättigung aber voraussichtlich ausgenutzt werden, um den sehr kleinen Absorptionskoeffizienten experimentell zu bestimmen und damit zu verlässlichen Werten für die Ladungsträgerdichte zu kommen.

Publications

• “Internal quantum efficiency of nitride light emitters: A critical perspective”, in Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, Bd. 10532 (2018)
  A. Hangleiter, T. Langer, P. Henning, F. A. Ketzer, H. Bremers und U. Rossow
  
• “Recombination dynamics in GaInN/GaN quantum wells”, Semiconductor Science and Technology 34, 073002 (2019)
  A. Hangleiter
  
• “Reduced nonradiative recombination in semipolar green-emitting III-N quantum wells with strain-reducing AlInN buffer layers”, Applied Physics Letters 115, 202103 (2019)
  P. Henning, P. Horenburg, H. Bremers, U. Rossow, F. Tendille, P. Vennegues, P. De Mierry, J. Zuniga-Perez und A. Hangleiter
  
• “Reduced radiative emission for wide nonpolar III-nitride quantum wells”, Physical Review B 99, 205308 (2019)
  P. Henning, P. Horenburg, H. Bremers, U. Rossow und A. Hangleiter
  
• “Unity quantum efficiency in III-nitride quantum wells at low temperature: Experimental verification by time-resolved photoluminescence”, Applied Physics Letters 119, 101106 (2021)
  P. Henning, S. Sidikejiang, P. Horenburg, H. Bremers, U. Rossow und A. Hangleiter
  
• “Low-temperature internal quantum efficiency of GaInN/GaN quantum wells under steady-state conditions”, Semiconductor Science and Technology 37, 035017 (2022)
  S. Sidikejiang, P. Henning, P. Horenburg, H. Bremers, U. Rossow, D. Menzel und A. Hangleiter
  
• “Polarization anisotropy and valence band ordering in semipolar (11-22) AlInN/GaN heterostructures”, Phys. Rev. B 107, 045202 (2023)
  S. Sidikejiang, P. Henning, U. Rossow, H. Bremers, F. Scholz und A. Hangleiter