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本文针对分子束外延生长GaN高阻材料中出现的持续光电导现象,研究了与之相关的深能级中心的光致发光谱,持续光电导谱和光离化谱。主要研究结果如下:
⑴分子束外延生长GaN高阻材料的光致发光谱研究发现,室温和低温光致发光谱中均未出现文献报道的黄光带,结合该材料中出现的持续光电导现象,可以推断,持续光电导相关的深能级缺陷同黄光带无关。
⑵分子束外延生长GaN高阻材料的持续光电导谱研究表明,光电流的衰减依赖于仍处于自由状态的光激发剩余载流子,该现象无法用扩展指数模型和多指数模型解释。针对持续光电导光生电流衰减对剩余载流子的依赖特点,我们提出了扩展缺陷模型:分子束外延生长GaN高阻材料的持续光电导现象可能是由扩展缺陷引起,光激发电子同受主深能级之间的库仑作用导致光电流的持续和光电流的衰减对光生剩余载流子的依赖。使用扩展缺陷模型对实验结果进行拟合,结果表明在光生载流子的回复过程中,回复势垒不断升高并最终趋于平衡值。使用平衡时间常数同时间的阿累尼乌斯公式拟合结果表明,即使在低温下(77-130K),电子克服回复势垒被缺陷重新捕捉仍由热激活过程控制,回复势垒约为70meV。
⑶提出了一种氮化镓材料中深能级缺陷光离化截面的测量方法,该方法综合考虑到深能级缺陷在入射光子作用下释放电子的同时还伴随有载流子的回复,从而弥补了Klein和Hirsch光离化截面测量方法的不足。对光离化截面随温度和入射光子能量的测量表明,GaN高阻材料中引起持续光电导现象的扩展缺陷具有类似DX中心的双稳性质,扩展缺陷电子态同声子态存在较强的耦合。