稀磁半導體(GaMn)N發光及非線性光學特性研究.pdf

1、本文研究的主要內容為稀磁半導體(GaMn)N薄膜的光學性質。稀磁半導體近年來憑借其在理論研究和實際應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體材料之一,因為它具有超過室溫的居里溫度以及其本底材料GaN可以在高溫、大功率光電器件領域得到廣泛應用。文章首先綜述了稀磁半導體(GaMn)N的研究現狀,總結了到目前為止鐵磁性起源、磁學性質、光學和電學性質等研究進展。而光學性質研究還非常缺乏,但這對光電器件的實現至關重

2、要,針對這一現狀,本文工作重點集中在以下幾個方面:光致發光性質,以及光學性質隨Mn濃度、溫度、激發強度的依賴特性和非線性光學性質研究。半導體材料的非線性光學特性在光電子器件領域,如全光開關、光學限幅器、光波耦合器等方面有很好的應用價值。非線性光學材料已持續多年是光學、新功能材料領域的熱點課題。因此對半導體材料的非線性光學性質的研究也有著實際的意義。本文中的樣品是通過離子注入方法制備的一系列的(GaMn)N薄膜,我們首先測量了它的結構性質

3、和晶格常數隨Mn濃度的變化規律;接著介紹了半導體光學性質的研究方法和實驗儀器,即Raman散射、光致發光和Z掃描基本原理,所用實驗儀器主要是:顯微拉曼/發光光譜儀(Jobin Yvon LabRam HR High Resolution800UV)和搭建的Z掃描實驗裝置。我們通過研究了(GaMn)N光致發光特性。觀察到了與Mn能級躍遷相關的發光結構并重點分析了位于約3.28 eV處的發光峰。通過類氫模型的有效質量計算來推測了此發光峰的起

4、源,并研究此發光峰的峰位、峰寬、積分強度隨濃度、溫度及激發強度的變化規律,來分析在(GaMn)N中存在的由于無序引起的勢能波動以及激子的局域化效應。本文還通過開孔反射Z掃描實驗系統研究GaN和(GaMn)N薄膜的非線性光學性質,借助理論模型對實驗結果擬合,測量出GaN薄膜和(GaMn)N/GaN雙層薄膜的非線性折射率n2。發現(GaMn)N薄膜也具有負的非線性折射率n2,并且隨著Mn濃度的增加而出現先增加后減少的現象,表明(GaMn)N