GaN基光子膜的热分析用于光电器件

半导体膜在医疗、生物、环境和光学应用等多个研究领域中广泛使用。由于其内在纳米图案化，往往难以确定其光学、电子、机械和热力学性质。本文演示了约800nm厚、150μm宽的膜的非侵入式全光热表征，这些膜由 wurtzite GaN 及 In$_{0.15}$Ga$_{0.85}$N 量子阱堆叠而成，作为内置光源。由于这些膜用于光子学，它们是亮光源，这挑战了仅通过光学手段进行非侵入式热表征。作为解决方案，我们将两种激光拉曼热力学与（时序）光致发光测量相结合，以提取我们膜的面内（即 $c$ 面）热导率 $\kappa_{\text{面内}}$。结果表明，我们在热分析中可以解耦整个激光引起的功率平衡，这意味着考虑了反射、散射、透射和再辐射的所有光束分量。通过拉曼光谱进行热成像，我们获得了最佳膜的 $\kappa_{\text{面内}}\,=\,165^{+16}_{-14}\,$Wm$^{-1}$K$^{-1}$，这与我们的仿真结果良好一致，后者基于线性化声子玻尔兹曼运输方程的 ab initio 解得出 $\kappa_{\text{面内}}\,=\,177\,$Wm$^{-1}$K$^{-1}$。我们的工作为在低温进行热成像提供了可行路径，例如，通过记录非傅里叶温度分布来阐明实验中不同的声子传输 regime。