發(fā)布時(shí)間：2018-10-13 14:54

【摘要】：銦鎵氮(InGaN)材料因其帶隙隨In組分的變化,可在InN的0.7ev和GaN的3.4ev之間任意調(diào)節(jié),基本可覆蓋整個(gè)可見光波段,被認(rèn)為是新一代制作光電子器件的極好材料。但由于InN和GaN晶格失配導(dǎo)致InGaN材料中存在較嚴(yán)重的相分離,難以制備出高質(zhì)量的高In組分InGaN材料。這種相分離引起的量子限制效應(yīng)、能態(tài)局域化、態(tài)填充等諸多因素使得InGaN的光學(xué)性質(zhì)和載流子動(dòng)力學(xué)過程非常復(fù)雜,人們對(duì)其物理機(jī)制還缺乏深入全面的了解。因此,研究InGaN材料的光學(xué)性質(zhì)不僅有重要的理論意義而且對(duì)改善現(xiàn)有發(fā)光器件和研制新的器件有非常重要的指導(dǎo)價(jià)值。本論文利用穩(wěn)態(tài)熒光光譜、時(shí)間分辨熒光和泵浦-探測(cè)技術(shù)對(duì)不同結(jié)構(gòu)的高In組分的InGaN材料的載流子動(dòng)力學(xué)過程進(jìn)行了細(xì)致的研究。本論文的主要內(nèi)容如下：1.研究了InGaN外延層薄膜在室溫下的受激發(fā)射及其載流子動(dòng)力學(xué)。在高激發(fā)功率下觀察到了受激發(fā)射現(xiàn)象。并進(jìn)一步用時(shí)間分辨熒光光譜和泵浦-探測(cè)技術(shù)研究其載流子動(dòng)力學(xué),獲得其熒光壽命衰減曲線和瞬態(tài)微分反射率變化曲線,實(shí)驗(yàn)結(jié)果清晰地展示了光生熱載流子較慢的多步弛豫過程物理圖像；經(jīng)過對(duì)比發(fā)現(xiàn)薄膜樣品在受激發(fā)射條件下仍具有較慢的載流子熱化過程。分析認(rèn)為這種較慢的載流子熱化過程來(lái)源于相分離和In凝聚引起的聲子瓶頸效應(yīng)。2.研究了具有不同周期的InGaN多量子阱樣品的光致發(fā)光性質(zhì)及其載流子動(dòng)力學(xué)。發(fā)現(xiàn)在量子阱樣品中也存在著和薄膜材料類似的慢載流子熱化過程,認(rèn)為其來(lái)源也是相分離引起的聲子瓶頸效應(yīng)。3.研究了p-i-n結(jié)構(gòu)InGaN多量子阱樣品中p-i-n結(jié)電場(chǎng)下的熒光復(fù)合和載流子動(dòng)力學(xué)過程。我們測(cè)量了不同激發(fā)功率下p-i-n結(jié)構(gòu)量子阱樣品的熒光壽命衰減曲線。發(fā)現(xiàn)其熒光衰減過程明顯慢于多量子阱和薄膜樣品,并且激發(fā)功率的變化對(duì)輻射復(fù)合過程影響明顯,分析認(rèn)為這一現(xiàn)象來(lái)源于光生載流子對(duì)p-i-n結(jié)電場(chǎng)的屏蔽效應(yīng)和動(dòng)態(tài)去屏蔽效應(yīng)。
[Abstract]:Indium gallium nitrogen (InGaN) materials can be adjusted arbitrarily between 0.7ev of InN and 3.4ev of GaN because their band gap varies with the composition of In. It can basically cover the whole visible light band and is considered to be an excellent material for making optoelectronic devices in the new generation. However, due to the lattice mismatch between InN and GaN, there is a serious phase separation in InGaN materials, so it is difficult to prepare high quality InGaN materials with high In composition. The quantum confinement effect caused by phase separation, localization of energy states, and state filling make the optical properties and carrier dynamics of InGaN very complicated, and the physical mechanism of InGaN is not fully understood. Therefore, the study of optical properties of InGaN not only has important theoretical significance, but also has a very important guiding value for improving the existing luminescent devices and developing new devices. In this paper, the carrier dynamics of InGaN materials with different structures with high In components were investigated by steady-state fluorescence spectroscopy, time-resolved fluorescence and pump-detection techniques. The main contents of this thesis are as follows: 1. The excited emission and carrier dynamics of InGaN epitaxial films at room temperature have been studied. The phenomenon of stimulated emission was observed at high excitation power. Furthermore, time-resolved fluorescence spectra and pump-detection techniques were used to study the carrier dynamics, and the fluorescence lifetime attenuation curves and transient differential reflectance curves were obtained. The experimental results clearly show the physical images of the multistep relaxation process of photogenerated hot carriers, and it is found that the film samples still have slower carrier heating process under the excited emission condition. It is concluded that this slow carrier heating process originates from the phonon bottleneck effect caused by phase separation and In condensation. 2. The photoluminescence properties and carrier dynamics of InGaN multiple quantum well samples with different periods have been studied. It is found that there is a slow carrier heating process similar to the thin film material in the quantum well samples, and it is considered that the source is also the phonon bottleneck effect caused by phase separation. 3. The fluorescence recombination and carrier dynamics of p-i-n junction in InGaN multiple quantum well samples with p-i-n structure were studied. The fluorescence lifetime decay curves of p-i-n quantum well samples with different excitation power have been measured. It is found that the fluorescence decay process is much slower than that of multiple quantum wells and thin films, and the change of excitation power has an obvious effect on the radiation recombination process. It is considered that this phenomenon originates from the shielding effect of photovoltaic carriers on the p-i-n junction electric field and the dynamic de-shielding effect.
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN304.2

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本文編號(hào)：2269014