氮化鎵晶體的光學(xué)非線(xiàn)性及光生載流子動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、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(lán)、紫外光電子器件。但是，基于 GaN的光電子材料與器件都會(huì)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(duì)典型的寬禁帶半導(dǎo)體 GaN材料的光學(xué)非線(xiàn)性和光生載流子動(dòng)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(guò)程，還可以確定材料的多光子吸收、克

2、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(xiàn)性光學(xué)響應(yīng)與光物理機(jī)制，對(duì)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(lèi)型的不同，對(duì)非摻雜和不同雜質(zhì)摻雜下的幾種 GaN晶體的光學(xué)非線(xiàn)性和光生載流子動(dòng)力學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。開(kāi)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(shí)間分辨泵浦探測(cè)技術(shù)，對(duì)n型非摻雜GaN晶體532

3、nm下的光學(xué)非線(xiàn)性以及載流子動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。利用Z掃描技術(shù)，定性地測(cè)得了非摻雜GaN在皮秒和納秒時(shí)域下的非線(xiàn)性光學(xué)特性；隨后，利用 P O泵浦探測(cè)技術(shù)，區(qū)分了非摻雜 G aN中不同的光學(xué)非線(xiàn)性機(jī)制。結(jié)合雙光子吸收誘導(dǎo)的自由載流子非線(xiàn)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(jiàn)光（532nm）和近紅外波段（760-1030 nm）下利用Z掃描與PO泵浦探測(cè)技術(shù)，對(duì)n型非極性GaN晶體的

4、光學(xué)非線(xiàn)性和載流子動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了研究。首先，通過(guò)改變?nèi)肷浼す獾钠穹较蛱骄苛薽面和a面G aN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G aN的三光子吸收和克爾折射系數(shù)與入射波長(zhǎng)的色散關(guān)系，還根據(jù)瞬態(tài)折射動(dòng)力學(xué)性質(zhì)計(jì)算分析了m面GaN材料應(yīng)用于全光開(kāi)關(guān)和超快自相關(guān)領(lǐng)域的適用性。
　?。?）利用Z掃描技術(shù)，首先從實(shí)驗(yàn)上探究了Fe摻雜對(duì)半絕緣GaN:Fe稀磁半導(dǎo)體光學(xué)非線(xiàn)性的影響。其次，結(jié)合PO泵浦探測(cè)技