GaN/AlGaN异质结构中载流子输运性质的时间分辨光谱研究

The objective of this project is to establish the physical relationship between the carrier transport and photoluminescence dynamics through investigating the carrier transport with time-resolved photoluminescence. Comparing with the static electric method, the time-resolved photoluminescence has a lot of advantages, such as: giving the dynamic characteristics with time, distinguishing the physical originate of the material properties （for example, mobility）. The project will systematic study the material factors (defect, doping, strain), the structure factors (component, layer thickness, interface state), the environment factors (temperature, external electric field) which affect the carrier transport, and provide the physical foundation for solving the problems of the low mobility and the current slump.

本项目旨在建立GaN/AlGaN异质结构中载流子输运性质与载流子发光动力学之间的物理联系，采用时间分辨光谱研究载流子的输运特性。相比于静态的电学研究方法，时间分辨光谱方法具有可呈现随时间的动态特性、有效区分材料特性（如迁移率）的物理起源等优势。项目拟对影响输运性质的材料因素（缺陷、掺杂、应变等）、结构因素（组分、层厚、界面状态等）、环境因素（温度、外加电场等）等进行系统研究，为解决GaN/AlGaN电子学器件中载流子迁移率较低、电流崩塌等问题提供物理基础。

对于GaN基异质结或多量子阱来说，影响其二维电子气（2DEG）迁移率的因素（包括环境因素、结构因素和材料因素）同样也会影响到它的光致发光性质.通过分别推导这些因素对2DEG迁移率的影响，和光致发光光谱性质的影响，可以建立起2DEG迁移率和光致发光光谱表征参数（例如：PL半高宽）之间的对应关系，即可以通过相应的光致发光光谱参数来得到2DEG迁移率。本项目基于这一思路，研究了GaN/AlGaN异质结中势垒组分波动对2DEG迁移率的影响，同时在实验上研究了组分波动和界面不平整导致的势垒和势阱厚度波动引起的局域态对AlxGa1-xN/AlyGa1-yN多量子阱稳态PL谱和瞬态PL谱的影响。针对界面不平整这一材料生长质量导致的结构因素，建立起了2DEG迁移率和稳态PL谱半高宽之间的对应关系。同时在这一基础上，将我们所建立的2DEG迁移率模型成功的应用到了H终端金刚石中，研究了H终端金刚石中二维空穴气（2DHG）的迁移率随着温度和2DHG浓度的变化情况。