摘要: 宽禁带半导体材料具有电子饱和漂移速率高、击穿电场高、发光效率高、抗辐照、热导率大等特点，是研制高频大功率微波器件、电力电子器件和紫外、深紫外光电子器件的理想材料。Ⅲ族氮化物材料AlGaN是直接带隙半导体材料，带隙从3.5 eV到6.2 eV连续可调... 展开 宽禁带半导体材料具有电子饱和漂移速率高、击穿电场高、发光效率高、抗辐照、热导率大等特点，是研制高频大功率微波器件、电力电子器件和紫外、深紫外光电子器件的理想材料。Ⅲ族氮化物材料AlGaN是直接带隙半导体材料，带隙从3.5 eV到6.2 eV连续可调，在半导体白光照明、大屏幕显示、（深）紫外探测器以及全光谱太阳能光伏电池、微波功率器件等方面都有重要的应用前景。半导体金刚石除具有宽禁带材料的优点外，还以其高热导率、高硬度、高热稳定性与化学稳定性等受到人们的关注。本论文采用稳态光致发光和时间分辨光致发光方法研究了AlGaN/AlGaN量子阱、GaN/AlN量子点以及半导体金刚石的光学性质，主要研究内容和结果如下: 1.AlGaN/AlGaN量子阱稳态光致发光性质的研究。结果显示，峰位随温度出现“S”形的变化规律，这是组分无序和阱宽波动引起的势能波动造成的，发光峰来源于局域激子发光，并且得到量子阱中激子的局域能。在量子阱中观察到局域激子发光峰的声子伴线，发现表征激子-声子耦合强度的黄昆因子随温度基本不变。温度的升高会增强声子辅助激子跃迁几率，黄昆因子随温度升高增大。同时，热激发使激子从阱厚区域向阱薄区域转移，导致黄昆因子减小。最终，温度和阱宽波动的影响达到平衡，黄昆因子不变。 2.AlGaN/AlGaN量子阱时间分辨光致发光性质的研究。结果显示，发光峰峰位随时间延迟出现红移，并且温度增加，红移趋势越明显。这是不同局域态对载流子的限制作用、载流子在不同局域态之间转移、载流子的去局域化以及高温下非辐射复合综合作用的结果。局域激子发光峰寿命比其声子伴线的略小一些。这是因为声子能量比带隙能量低，可以排除表面非辐射复合等的影响。 3.GaN/AlN量子点光学性质的研究。稳态光谱结果显示，量子点基态和第一激发态发光峰峰位随温度出现S型反常变化规律，采用空间耦合量子点的模型，对其蓝移部分做了解释。温度升高，孤立量子点中的发光峰不发生变化，而在耦合量子点中，载流子会从小量子点转移到大量子点，进而跃迁到基态发生淬灭，这样整体表现出来发光峰蓝移。时间分辨光谱结果显示，载流子辐射复合寿命随温度升高基本呈线性增大，发光峰随时间的推移强度衰减很慢，峰位几乎没有移动，表明量子点中的载流子呈现出二维激子的特性，并且量子点对载流子的限制效应较强。 4.半导体金刚石光学性质的研究。在金刚石带边发光谱中观察到分别发射一个横声学声子、一个横光学声子和一个纵光学声子的自由激子发光峰，并且观察到发射横光学声子的自由激子发光峰的三级纵光学声子伴线。发光峰峰位随温度升高出现蓝移现象，这是因为随着温度的升高，激子动能增大，激子基态能量的增加量要比带隙的减小量大。光致发光光谱中的自由激子发光峰与缺陷发光峰强度比要比阴极荧光光谱中的大得多，说明激发方式不同，会影响金刚石中的本征发光和缺陷发光性质。 收起