Disertacijoje pristatomi didelio krūvininkų tankio dinamikos tyrimai skirtingo defektiškumo GaN, InGaN bei deimanto sluoksniuose atlikti naudojant šviesa indukuotų dinaminių gardelių metodą. Naudojant eksperimentinius rezultatus gautus skirtingo žadinimo intensyvumo, temperatūros sąlygomis bei pasitelkus skaitmeninį krūvininkų dinamikos modeliavimą nustatomi dominuojantys krūvininkų rekombinacijos bei sklaidos mechanizmai tirtuose plačiatarpiuose puslaidininkiuose. Parodoma, kad dislokacijų sąlygota nespindulinė rekombinacija dominuoja GaN bandiniuose su dislokacijų tankiu didesniu nei 1E8 cm-2, esant mažesniems dislokacijų tankiams krūvininkų gyvavimo trukmę lemia bimolekulinė rekombinacija. Nustatyta, kad eksperimentiškai stebėtas krūvininkų difuzijos koeficiento didėjimas GaN yra sukeltas Fermi slėgio išsigimusioje krūvininkų plazmoje. Krūvininkų rekombinacijos trukmių bei azoto priemaišų kiekio koreliacija sintiniuose deimantuose parodė, kad su azotu susietos priemaišos yra pagrindiniai rekombinacijos centrai Tai pat darbe pristatoma nauja šviesa indukuotų dinaminių gardelių eksperimento schema su holografiniu pluoštelio dalikliu, leidžianti supaprastinti eksperimentą bei įgalinanti heterodininį difrakcijos signalo detektavimą. Parodoma, kad fazės skirtumas tarp signalo ir foninės šviesos gali būti kontroliuojamas keičiant holografinio daliklio padėtį išilgai jo gardelės vektoriaus krypties. / The investigation of high density carrier dynamics in GaN, InGaN, and diamond samples with different defect density by light induced transient grating technique is presented in the thesis. The experimental studies on numerous samples, grown at different conditions, combined with extensive measurements in a wide range of carrier densities (1E16-1E20 cm-3) and temperature (9-300K) is used to identify the interplay of radiative and nonradiative recombination mechanisms, to determine carrier lifetime, diffusion coefficient, and diffusion length. It is shown that dislocation governed carrier recombination is a dominant recombination channel in GaN samples with dislocation density above 1E8 cm-2, otherwise, the bimolecular recombination dominates at high carrier densities. Experimentally observed increase of carrier diffusivity in GaN is caused by Fermi pressure at degenerate carrier plasma. The correlation between the carrier lifetime and concentration of nitrogen defects points out that nitrogen-related defects act as the main centers of nonradiative recombination in synthetic diamonds. A novel heterodyne detection scheme for LITG technique is presented. The heterodyning is achieved by coherently mixing the picosecond pulses of diffracted and scattered light. It is shown that a phase difference between theses fields can be controlled by moving holographic beam splitter along its grating vector.

III-nitrides, diamonds are extremely promising wide band gap semiconductor materials for optoelectronics and high temperature, high power electronics. Therefore, there is huge scientific interest in investigation electrical and optical properties of these materials. The light induced transient grating technique (LITG) is very suitable for exploration of carrier dynamics which governed by fundamental and defect related properties of materials. The main goals of the thesis were gain a new knowledge on carrier dynamics in wide bandgap semiconductors (namely GaN, InGaN, and diamonds) by using and developing light induced transient grating technique. The experimental studies on numerous samples, grown at different conditions, combined with extensive measurements in a wide range of carrier densities (1016-1020 cm-3) and temperature (9-300K) was targeted to identify the interplay of radiative an nonradiative recombination mechanisms, to determine carrier lifetime dependence on the excess carrier density, to explain the carrier diffusion coefficient dependence on excitation intensity, to find the optimal materials growth conditions. A novel heterodyne detection scheme for LITG technique was presented. The heterodyning was achieved by coherently mixing the picosecond pulses of diffracted and scattered light. A phase difference between theses fields was controlled by moving holographic beam splitter (HBS) along its grating vector. LITG signal decay kinetics, recorded at two HBS... [to full text] / III grupės nitridai bei deimantai tai platų draustinės energijos tarpą turintys puslaidininkiai, pasižymintys unikaliomis medžiagos savybėmis ir turintys didelį potencialą aukštų temperatūrų, didelių galių, opto/elektroniniams taikymams. Todėl šių medžiagų elektrinės bei optinės savybės pastaruoju metu yra intensyviai tiriamos. Šviesa indukuotų dinaminių gardelių (ŠIDG) metodas labai tinka tyrinėti krūvininkų dinamiką, kuri yra nulemta fundamentinių bei defektinių medžiagos savybių. Pagrindiniai darbo tikslai buvo gauti naujų žinių apie krūvininkų dinamiką plačiatarpiuose puslaidininkiuose (GaN, InGaN bei deimantuose) naudojat bei plėtojant šviesa indukuotų gardelių metodiką. Ištirti didelio nepusiausvirųjų krūvininkų tankio rekombinacijos ir difuzijos ypatumus skirtingo defektiškumo GaN, InGaN sluoksniuose bei sintetiniuose deimantuose. Skaitmeniškai modeliuojant krūvininkų dinamiką nustatyti dominuojančius krūvininkų rekombinacijos mechanizmus bei krūvininkų gyvavimo trukmes, difuzijos koeficientus ir nuotolius. Darbe pristatoma nauja ŠIDG eksperimento schema su holografiniu pluoštelio dalikliu, leidžianti supaprastinti eksperimentą. Ši schema taip pat įgalino heterodininį difrakcijos signalo detektavimą. Parodoma, kad fazės skirtumas tarp signalo ir foninės šviesos gali būti kontroliuojamas keičiant holografinio daliklio padėtį išilgai jo gardelės vektoriaus krypties. Ištyrus didelį kiekį GaN sluoksnių, užaugintų skirtingomis technologijomis bei pasižyminčiu skirtingu... [toliau žr. visą tekstą]

The thesis is dedicated to investigation of carrier dynamics in InN, InGaN, and GaAsBi heterostructures by using light-induced transient gratings and differential transmission techniques. The experimental studies in a wide range of excess carrier densities and temperatures revealed that trap-assisted Auger recombination is the dominant recombination mechanism in MBE-grown InN layers at room temperature. Investigation of carrier dynamics in In-rich InGaN alloys revealed that density of fast nonradiative recombination centers increases with Ga content. The correlation between excess carrier lifetime and diffusion coefficient in MOCVD-grown single InGaN layer with 13% In is governed by diffusive flow to the extended defects. Investigations of carrier lifetime and diffusivity dependence on excitation fluence indicated that both nonradiative and radiative recombination contribute to an increase of excess carrier recombination rate at high photo-excitation levels in MOCVD-grown InGaN multiple quantum wells. Transient grating measurements in MBE-grown GaAsBi layers with different Bi content revealed that Bi induced potential fluctuations determine the tenfold decrease in nonequilibrium hole mobility, if compare to GaAs. / Disertacija skirta nepusiausvirųjų krūvininkų dinamikos tyrimams InN, InGaN ir GaAsBi heterosandarose naudojant šviesa indukuotų dinaminių gardelių ir skirtuminio pralaidumo metodikas. Atlikti tyrimai plačiame nepusiausvirųjų krūvininkų tankių ir bandinio temperatūrų intervale parodė, kad krūvininkų rekombinacijos sparta MBE būdu užaugintuose InN sluoksniuose dominuojantis rekombinacijos mechanizmas kambario temperatūroje yra gaudyklių įtakota Ožė rekombinacija. Nustatyta koreliacija tarp krūvininkų gyvavimo trukmės ir difuzijos koeficiento MOCVD būdu užaugintame InGaN sluoksnyje su 13% In parodė, kad krūvininkų gyvavimo trukmę lemia difuzinė jų perneša link rekobinacijos centrų. Parodoma, kad MBE metodu užaugintuose InGaN sluoksniuose su dideliu In kiekiu (x>0,7) didėjant Ga kiekiui didėja nespindulinės rekombinacijos centrų tankis, o krūvininkų rekombinacijos sparta yra termiškai aktyvuojama. MOCVD metodu užaugintose InGaN kvantinėse sandarose dinaminių gardelių tyrimais parodoma, kad spartėjančią krūvininkų rekombinaciją didėjant sužadinimo intensyvumui lemia ne tik spindulinė rekombinacija, tačiau reikia atsižvelgti ir į nespindulinės rekombinacijos spartėjimą. Nustatyta, kad į GaAs įterpiant Bi atomus daugiau nei dešimt kartų sumažėja skylių judris dėl Bi atomų kuriamų valentinės juostos fliuktuacijų.

Disertacija skirta nepusiausvirųjų krūvininkų dinamikos tyrimams SiC, GaN bei deimantuose naudojant šviesa indukuotų dinaminių gardelių, diferencinio pralaidumo, diferencinio atspindžio bei fotoliuminescencijos metodikas. Taipogi pristatomos naujos sugerties koeficiento matavimo bei gyvavimo trukmės mikroskopijos metodikos. Tyrimai atlikti plačiame nepusiausvirųjų krūvininkų tankių ir temperatūrų intervale esant vienfotoniam bei dvifotoniam sužadinimui. Nustatytas stiprus krūvininkų difuzijos koeficiento priklausomumas nuo krūvininkų tankio ir temperatūros. Jis paaiškintas fononine sklaida, krūvininkų tarpusavio sąveikos procesais bei išsigimimu. Buvo nustatyta, kad netiesiatarpiuose SiC ir deimanto puslaidininkiuose prie mažų sužadinimų rekombinacija yra ribota taškiniais bei paviršiniais defektais, o GaN dominuoja rekombinacija ant tarpkristalitinių ribų. Taipogi pasireiškė netiesinis Ože rekombinacijos procesas, kuris prie žemų sužadinimų buvo sustiprintas kulonine sąveika bei susilpnintas prie didelių dėl elektron-fononinės sąveikos ekranavimo bei išsigimimo. Fotoliuminescencijos efektyvumas parodė, kad spindulinės rekombinacijos koeficientas GaN mažėja nuo sužadinimo, tuo tarpu SiC jis nuo žadinimo nepriklauso. Kompensuojančių defektų (aliuminio SiC ir boro deimante) koncentracijos ir aktyvacijos energijos nustatytos stebint jų sąlygotos sugerties įsisotinimą bei jų signalo relaksacijos spartos priklausomybę nuo temperatūros. / The thesis is dedicated to investigation of carrier dynamics in SiC, GaN and diamond by using light-induced transient gratings, differential transmittivity, differential reflectivity and photoluminescence techniques. Also new absorption coefficient measurement and carrier lifetime microscopy techniques are presented. The experimental studies were performed in a wide range of excess carrier densities and temperatures under single- and two- photon excitation conditions. Strong diffusion coefficient temperature and injection dependences were determined. They were explained by phonon scattering, inter-carrier interaction processes and degeneracy. It was determined, that in indirect-gap SiC and diamond semiconductors at low injections lifetime is limited by point and surface defects, while in GaN recombination on grain boundaries prevails. Also nonlinear Auger recombination coefficient was observed. It was Coulombically enhanced at low injections and screened at high ones. Photoluminescence efficiency revealed radiative recombination coefficient reduction with injection in GaN. On the other hand, in SiC radiative coefficient was injection independent. Compensating defect (aluminum in SiC and boron in diamond) concentrations and activation energies were determined from their absorption saturation and recovery rate temperature dependences.

Disertacija skirta nepusiausvirųjų krūvininkų dinamikos tyrimams InN, InGaN ir GaAsBi heterosandarose naudojant šviesa indukuotų dinaminių gardelių ir skirtuminio pralaidumo metodikas. Atlikti tyrimai plačiame nepusiausvirųjų krūvininkų tankių ir bandinio temperatūrų intervale parodė, kad krūvininkų rekombinacijos sparta MBE būdu užaugintuose InN sluoksniuose dominuojantis rekombinacijos mechanizmas kambario temperatūroje yra gaudyklių įtakota Ožė rekombinacija. Nustatyta koreliacija tarp krūvininkų gyvavimo trukmės ir difuzijos koeficiento MOCVD būdu užaugintame InGaN sluoksnyje su 13% In parodė, kad krūvininkų gyvavimo trukmę lemia difuzinė jų perneša link rekobinacijos centrų. Parodoma, kad MBE metodu užaugintuose InGaN sluoksniuose su dideliu In kiekiu (x>0,7) didėjant Ga kiekiui didėja nespindulinės rekombinacijos centrų tankis, o krūvininkų rekombinacijos sparta yra termiškai aktyvuojama. MOCVD metodu užaugintose InGaN kvantinėse sandarose dinaminių gardelių tyrimais parodoma, kad spartėjančią krūvininkų rekombinaciją didėjant sužadinimo intensyvumui lemia ne tik spindulinė rekombinacija, tačiau reikia atsižvelgti ir į nespindulinės rekombinacijos spartėjimą. Nustatyta, kad į GaAs įterpiant Bi atomus daugiau nei dešimt kartų sumažėja skylių judris dėl Bi atomų kuriamų valentinės juostos fliuktuacijų. / The thesis is dedicated to investigation of carrier dynamics in InN, InGaN, and GaAsBi heterostructures by using light-induced transient gratings and differential transmission techniques. The experimental studies in a wide range of excess carrier densities and temperatures revealed that trap-assisted Auger recombination is the dominant recombination mechanism in MBE-grown InN layers at room temperature. Investigation of carrier dynamics in In-rich InGaN alloys revealed that density of fast nonradiative recombination centers increases with Ga content. The correlation between excess carrier lifetime and diffusion coefficient in MOCVD-grown single InGaN layer with 13% In is governed by diffusive flow to the extended defects. Investigations of carrier lifetime and diffusivity dependence on excitation fluence indicated that both nonradiative and radiative recombination contribute to an increase of excess carrier recombination rate at high photo-excitation levels in MOCVD-grown InGaN multiple quantum wells. Transient grating measurements in MBE-grown GaAsBi layers with different Bi content revealed that Bi induced potential fluctuations determine the tenfold decrease in nonequilibrium hole mobility, if compare to GaAs.