本文關(guān)鍵詞：氮化鎵晶體的光學(xué)非線性及光生載流子動力學(xué)研究

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【摘要】：氮化鎵(GaN)為第三代以及寬禁帶半導(dǎo)體材料,它擁有高熱導(dǎo)率、高電子遷移率、高電子飽和速度、高擊穿電壓等特性,因此它非常有利于制備高溫、高功率、高頻電子器件以及藍、紫外光電子器件。但是,基于GaN的光電子材料與器件都會涉及到寬禁帶半導(dǎo)體許多特有的科學(xué)和技術(shù)難題。對典型的寬禁帶半導(dǎo)體GaN材料的光學(xué)非線性和光生載流子動力學(xué)性質(zhì)的研究,不僅能夠了解材料中束縛電子、載流子、缺陷態(tài)等微觀自由度間的相互作用過程,還可以確定材料的多光子吸收、克爾折射、載流子吸收、載流子壽命等光物理參數(shù)。這不僅有助于我們更好地了解寬禁帶半導(dǎo)體材料的非線性光學(xué)響應(yīng)與光物理機制,對基于GaN以及其他寬禁帶半導(dǎo)體材料的光電子器件研究也具有非常重大的指導(dǎo)意義。本論文按照導(dǎo)電類型的不同,對非摻雜和不同雜質(zhì)摻雜下的幾種GaN晶體的光學(xué)非線性和光生載流子動力學(xué)進行實驗研究。開展的主要研究工作如下:(1)利用Z掃描技術(shù)和基于相位物體(PO)的時間分辨泵浦探測技術(shù),對n型非摻雜GaN晶體532 nm下的光學(xué)非線性以及載流子動力學(xué)進行了系統(tǒng)研究。利用Z掃描技術(shù),定性地測得了非摻雜GaN在皮秒和納秒時域下的非線性光學(xué)特性;隨后,利用PO泵浦探測技術(shù),區(qū)分了非摻雜GaN中不同的光學(xué)非線性機制。結(jié)合雙光子吸收誘導(dǎo)的自由載流子非線性理論,確定了非摻雜GaN中束縛電子和自由載流子相關(guān)的光物理參數(shù)。(2)在可見光(532 nm)和近紅外波段(760-1030 nm)下利用Z掃描與PO泵浦探測技術(shù),對n型非極性GaN晶體的光學(xué)非線性和載流子動力學(xué)進行了研究。首先,通過改變?nèi)肷浼す獾钠穹较蛱骄苛薽面和a面GaN單晶的雙光子吸收、載流子吸收、載流子折射的各向異性效應(yīng)。隨后,討論了m面GaN的三光子吸收和克爾折射系數(shù)與入射波長的色散關(guān)系,還根據(jù)瞬態(tài)折射動力學(xué)性質(zhì)計算分析了m面GaN材料應(yīng)用于全光開關(guān)和超快自相關(guān)領(lǐng)域的適用性。(3)利用Z掃描技術(shù),首先從實驗上探究了Fe摻雜對半絕緣GaN:Fe稀磁半導(dǎo)體光學(xué)非線性的影響。其次,結(jié)合PO泵浦探測技術(shù)測得的載流子動力學(xué),分析了GaN中Fe能級對光生載流子的俘獲效應(yīng),提出了等效的三能級模型,分析了光生載流子回復(fù)機制。根據(jù)測量得到的光生載流子有效壽命和Fe濃度的關(guān)系,確定了Fe3+的電子俘獲截面。(4)利用不同泵浦波長激發(fā)的飛秒瞬態(tài)吸收光譜方法,在不同載流子分布下對p型Mg摻雜GaN晶片的超快光生載流子動力學(xué)性質(zhì)進行了系統(tǒng)研究。著重分析了均勻和非均勻載流子分布情況下的光生載流子壽命參數(shù),并討論了光生載流子的回復(fù)機制。
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O437

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本文編號：1281501