论文部分内容阅读
本文研究的主要内容为稀磁半导体(GaMn)N薄膜的光学性质。稀磁半导体近年来凭借其在理论研究和实际应用的潜在用途正日益激起人们的兴趣,而(GaMn)N是最有前景的稀磁半导体材料之一,因为它具有超过室温的居里温度以及其本底材料GaN可以在高温、大功率光电器件领域得到广泛应用。文章首先综述了稀磁半导体(GaMn)N的研究现状,总结了到目前为止铁磁性起源、磁学性质、光学和电学性质等研究进展。而光学性质研究还非常缺乏,但这对光电器件的实现至关重要,针对这一现状,本文工作重点集中在以下几个方面:光致发光性质,以及光学性质随Mn浓度、温度、激发强度的依赖特性和非线性光学性质研究。半导体材料的非线性光学特性在光电子器件领域,如全光开关、光学限幅器、光波耦合器等方面有很好的应用价值。非线性光学材料已持续多年是光学、新功能材料领域的热点课题。因此对半导体材料的非线性光学性质的研究也有着实际的意义。本文中的样品是通过离子注入方法制备的一系列的(GaMn)N薄膜,我们首先测量了它的结构性质和晶格常数随Mn浓度的变化规律;接着介绍了半导体光学性质的研究方法和实验仪器,即Raman散射、光致发光和Z扫描基本原理,所用实验仪器主要是:显微拉曼/发光光谱仪(Jobin Yvon LabRam HR High Resolution800UV)和搭建的Z扫描实验装置。我们通过研究了(GaMn)N光致发光特性。观察到了与Mn能级跃迁相关的发光结构并重点分析了位于约3.28 eV处的发光峰。通过类氢模型的有效质量计算来推测了此发光峰的起源,并研究此发光峰的峰位、峰宽、积分强度随浓度、温度及激发强度的变化规律,来分析在(GaMn)N中存在的由于无序引起的势能波动以及激子的局域化效应。本文还通过开孔反射Z扫描实验系统研究GaN和(GaMn)N薄膜的非线性光学性质,借助理论模型对实验结果拟合,测量出GaN薄膜和(GaMn)N/GaN双层薄膜的非线性折射率n2。发现(GaMn)N薄膜也具有负的非线性折射率n2,并且随着Mn浓度的增加而出现先增加后减少的现象,表明(GaMn)N薄膜具有临界浓度,并且当注入浓度达到临界浓度时,(GaMn)N薄膜的非线性折射率最大。以上研究得到了国家自然科学基金(编号10304010,10774100,10674094和10734020)以及教育部“长江学者和创新团队发展计划”的资助。