利用不同激子物种探测合金形成：以 InGaN 为例

自 1960 年代初以来，合金通常分为两类：在带隙中具有束缚态（I 类）或具有额外的非离散带态（II 类）。I 类合金的微观材料参数可直接从光致发光（PL）光谱提取，而 II 类合金的任何结论通常仍是间接的且局限于宏观断言。尽管如此，我们在此展示一项关于所谓混合晶体合金（II 类）中激子局域化的光谱研究，其使我们能够获得微观合金参数。我们研究体相 In$_x$Ga$_{1-x}$N 外延层在合金形成起始阶段（0 ≤ x ≤ 2.4%）的情况，以理解该材料对缺陷的特殊鲁棒性。基于深入的 PL 分析，我们展示了不同的激子复合体（自由、束缚和复杂束缚激子）如何作为探测 II 类合金稀限的探针。从与 x 相关的线宽分析，我们提取了激子日益局域化的长度尺度，意味着它们在合金形成时由自由粒子转变为束缚粒子。在 x = 2.4% 时，平均激子扩散长度在 12 K 温度下已降至 5.7 ± 1.3 nm，从而抑制了向非辐射缺陷的有害激子转移机制。此外，相关的低温 PL 数据表明，单个铟原子不足以永久捕获一个激子。微 PL 光谱甚至可直接探测嵌入铟原子特定环境中的硅束缚激子，这得益于出现层级化的、能量尖锐的单个发射线（半高全宽 ≈ 300 μeV）。因此，本研究使我们能够提取先前仅对 I 类合金可获取的首批微观合金性质。