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

光致发光 带隙 材料科学 凝聚态物理 光谱学 兴奋剂 重整化 宽禁带半导体 分析化学(期刊) 光电子学 化学 物理 色谱法 量子力学
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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