稀磁半導(dǎo)體(GaMn)N發(fā)光及非線性光學(xué)特性研究.pdf

1、本文研究的主要內(nèi)容為稀磁半導(dǎo)體(GaMn)N薄膜的光學(xué)性質(zhì)。稀磁半導(dǎo)體近年來(lái)憑借其在理論研究和實(shí)際應(yīng)用的潛在用途正日益激起人們的興趣,而(GaMn)N是最有前景的稀磁半導(dǎo)體材料之一,因?yàn)樗哂谐^(guò)室溫的居里溫度以及其本底材料GaN可以在高溫、大功率光電器件領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。文章首先綜述了稀磁半導(dǎo)體(GaMn)N的研究現(xiàn)狀,總結(jié)了到目前為止鐵磁性起源、磁學(xué)性質(zhì)、光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)等研究進(jìn)展。而光學(xué)性質(zhì)研究還非常缺乏,但這對(duì)光電器件的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重

2、要,針對(duì)這一現(xiàn)狀,本文工作重點(diǎn)集中在以下幾個(gè)方面:光致發(fā)光性質(zhì),以及光學(xué)性質(zhì)隨Mn濃度、溫度、激發(fā)強(qiáng)度的依賴特性和非線性光學(xué)性質(zhì)研究。半導(dǎo)體材料的非線性光學(xué)特性在光電子器件領(lǐng)域,如全光開(kāi)關(guān)、光學(xué)限幅器、光波耦合器等方面有很好的應(yīng)用價(jià)值。非線性光學(xué)材料已持續(xù)多年是光學(xué)、新功能材料領(lǐng)域的熱點(diǎn)課題。因此對(duì)半導(dǎo)體材料的非線性光學(xué)性質(zhì)的研究也有著實(shí)際的意義。本文中的樣品是通過(guò)離子注入方法制備的一系列的(GaMn)N薄膜,我們首先測(cè)量了它的結(jié)構(gòu)性質(zhì)

3、和晶格常數(shù)隨Mn濃度的變化規(guī)律;接著介紹了半導(dǎo)體光學(xué)性質(zhì)的研究方法和實(shí)驗(yàn)儀器,即Raman散射、光致發(fā)光和Z掃描基本原理,所用實(shí)驗(yàn)儀器主要是:顯微拉曼/發(fā)光光譜儀(Jobin Yvon LabRam HR High Resolution800UV)和搭建的Z掃描實(shí)驗(yàn)裝置。我們通過(guò)研究了(GaMn)N光致發(fā)光特性。觀察到了與Mn能級(jí)躍遷相關(guān)的發(fā)光結(jié)構(gòu)并重點(diǎn)分析了位于約3.28 eV處的發(fā)光峰。通過(guò)類氫模型的有效質(zhì)量計(jì)算來(lái)推測(cè)了此發(fā)光峰的起

4、源,并研究此發(fā)光峰的峰位、峰寬、積分強(qiáng)度隨濃度、溫度及激發(fā)強(qiáng)度的變化規(guī)律,來(lái)分析在(GaMn)N中存在的由于無(wú)序引起的勢(shì)能波動(dòng)以及激子的局域化效應(yīng)。本文還通過(guò)開(kāi)孔反射Z掃描實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究GaN和(GaMn)N薄膜的非線性光學(xué)性質(zhì),借助理論模型對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合,測(cè)量出GaN薄膜和(GaMn)N/GaN雙層薄膜的非線性折射率n2。發(fā)現(xiàn)(GaMn)N薄膜也具有負(fù)的非線性折射率n2,并且隨著Mn濃度的增加而出現(xiàn)先增加后減少的現(xiàn)象,表明(GaMn)N