Band-gap renormalization and band filling in Si-doped GaN films studied by photoluminescence spectroscopy

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作者
Masanobu Yoshikawa,M. Kunzer,J. Wagner,H. Obloh,P. Schlotter,Richard Schmidt,N. Herres,U. Kaufmann
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:86 (8): 4400-4402 被引量:123
标识
DOI:10.1063/1.371377
摘要

We have studied band-gap renormalization and band filling in Si-doped GaN films with free-electron concentrations up to 1.7×1019 cm−3, using temperature-dependent photoluminescence (PL) spectroscopy. The low-temperature (2 K) PL spectra showed a line-shape characteristic for momentum nonconserving band-to-band recombination. The energy downshift of the low-energy edge of the PL line with increasing electron concentration n, which is attributed to band-gap renormalization (BGR) effects, could be fitted by a n1/3 power law with a BGR coefficient of −4.7×10−8 eV cm. The peak energy of the room-temperature band-to-band photoluminescence spectrum was found to decrease as the carrier concentration increases up to about 7×1018 cm−3, followed by a high-energy shift upon further increasing carrier concentration, due to the interplay between the BGR effects and band filling. The room-temperature PL linewidth showed a monotonic increase with carrier concentration, which could be described by a n2/3 power-law dependence.

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