【摘要】：以GaN為代表的Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體材料,近年來得到了快速發(fā)展。由于其具有傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料不具備的獨(dú)特的光學(xué)和電學(xué)性能,如從0.7eV到6.2eV連續(xù)可調(diào)的寬的直接帶隙、大的激子束縛能、高熱導(dǎo)率等,GaN基半導(dǎo)體材料已成為制備光電子器件的首選材料。當(dāng)前,隨著理論和技術(shù)的快速發(fā)展,對GaN基半導(dǎo)體材料的研究與應(yīng)用也轉(zhuǎn)向了新的方向—材料及器件的納米化。由于他們的光電性質(zhì)因顯著的量子效應(yīng)會出現(xiàn)與塊體材料不同的新的特點(diǎn)以及他們將在構(gòu)筑納米光電子器件的進(jìn)程中充當(dāng)非常重要的角色,GaN基納米材料的研究越來越受到人們的關(guān)注,特別是GaN納米柱結(jié)構(gòu)作為一種新奇的納米材料,成為當(dāng)前GaN基納米材料科學(xué)領(lǐng)域的前言和熱點(diǎn)。本論文圍繞GaN納米柱的光學(xué)性質(zhì)展開研究。首先運(yùn)用室溫變功率光致發(fā)光(PL)譜的方法,研究了GaN納米柱和GaN薄膜(作為參考)的光致發(fā)光特性,然后進(jìn)一步分析了在固定激發(fā)光功率下,GaN納米柱和GaN薄膜的量子效率表現(xiàn)。得到的主要現(xiàn)象及結(jié)論如下：(1) GaN納米柱和薄膜的光致發(fā)光譜中均有三個發(fā)光峰,分別是位于362nm左右的帶邊峰,位于434nm左右的藍(lán)光帶峰及位于550nm左右的黃光帶峰。另外,兩個樣品的帶邊峰起源不同,這會導(dǎo)致在最高激發(fā)光功率時,相對于薄膜,納米柱中參與帶邊輻射復(fù)合的載流子比例增大的程度稍微小于激發(fā)光功率0.5mW時。(2)在整個激發(fā)光功率范圍內(nèi),GaN納米柱的帶邊峰積分PL強(qiáng)度與藍(lán)光帶、黃光帶積分PL強(qiáng)度的比均大于薄膜中相對應(yīng)的值,這表明納米柱的光學(xué)質(zhì)量高于薄膜。(3)隨激發(fā)光功率增加,納米柱中參與帶邊輻射復(fù)合的載流子比例不斷大于薄膜,相應(yīng)的,參與藍(lán)光帶及黃光帶輻射復(fù)合的載流子比例不斷小于薄膜。這是由納米柱中相對較小的點(diǎn)缺陷密度引起的,小的點(diǎn)缺陷密度促使光生載流子更易進(jìn)行帶邊輻射復(fù)合,并且隨激發(fā)光功率增加,該促進(jìn)作用不斷增強(qiáng)。同時,這也解釋了隨激發(fā)光功率增加,納米柱的帶邊峰峰強(qiáng)由小于變?yōu)橹饾u大于黃光帶峰強(qiáng),而薄膜的帶邊峰峰強(qiáng)始終小于黃光帶峰強(qiáng)這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。(4)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),GaN納米柱的帶邊峰強(qiáng)是薄膜的14倍,積分PL強(qiáng)度是薄膜的12.2倍,這表明GaN納米柱具有比薄膜更高的內(nèi)量子效率和光抽取效率。(5)建立了一種新模型,研究了GaN納米柱和薄膜的內(nèi)量子效率關(guān)系。計(jì)算結(jié)果表明GaN納米柱的內(nèi)量子效率比薄膜高2-3倍。同時,此模型也證明了傳統(tǒng)測量內(nèi)量子效率的方法是不適合本項(xiàng)研究中的納米柱結(jié)構(gòu)的。
[Abstract]:Group 鈪，

本文編號：2424387