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H. Haag et al
son substrat (13 %), ce qui induit un nombre important de défauts structuraux. Ils donnent lieu
à des états pièges situés environ 2,3 eV au-dessus de la bande de valence. Ces niveaux sont
responsables d’une large bande d’émission dans le jaune. La figure 1 présente le spectre de
luminescence d’un échantillon de GaN où nous pouvons observer, outre la luminescence
jaune, une forte raie d’émission dans le proche UV (3,42eV) correspondant à la
recombinaison radiative des porteurs de la bande de conduction avec les trous de la bande de
valence. Notre but est de déterminer la dynamique de la luminescence jaune et de la
luminescence bleue et de les comparer.
?
m
- 3 10000f
E
I t , . , . , . , . , . , . , . , . ,
-
Energie (eV)
2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6
al
r
c
Figure 1 : Luminescence intégrée en temps d’un échantillon de GaN
2. RÉSULTATS ET DISCUSSION
Nous excitons l’échantillon à une énergie de photon de 4,66 eV avec la quatrième harmonique
d’un laser Nd: YAG pulsé, émettant des impulsions de 25ps à 5 Hz. Le signal de
luminescence est mesuré par une caméra à balayage de fente (Streak camera) avec une
résolution temporelle de 5 ps. Nous séparons la luminescence bleue de la luminescence jaune
à l’aide de filtres interférentiels et étudions, à température ambiante, la dynamique des
luminescences bleues et jaunes pour différentes intensités d’excitation.
Nous observons deux régimes d’excitation. Pour des faibles intensités (I < 500 kW. ern-')
nous ajustons le comportement temporel de la luminescence bleue par une bi-exponentielle,
dont les temps caractéristiques sont 21 = 25 ps et 22 = 60 ps. Le temps de déclin de la
luminescence jaune est inférieur à notre résolution expérimentale, limitée par la durée des
impulsions laser. Pour de plus fortes intensités d’excitation (I > 500 kW ern-'), nous
observons un comportement de seuil. II apparaît en effet une brusque augmentation de T~ qui
atteint 170 ps pour une intensité de 1 M W cm-’ (cf. figure 2). Pour ces mêmes intensités, la
luminescence jaune présente un temps de déclin de 430 ps (cf. figure 3). Ce comportement est
manifestement dû à une saturation de niveaux.
Pour rendre compte du comportement observé nous devons considérer, outre les états de
bandes et les niveaux des états pièges responsables de la luminescence jaune, des niveaux
d’impuretés dont plusieurs travaux ont montré l’existence [5]. Ces niveaux correspondraient à
des centres profonds, situés 1 eV au-dessus de la bande de valence et seraient dus à des
impuretés (oxygène ou carbone) ou à des défauts structuraux [6] (centres d’inversions). À
faible intensité, ils joueraient le rôle d’un canal de recombinaison non radiatif des porteurs
H. Haag et al
son substrat (13 %), ce qui induit un nombre important de défauts structuraux. Ils donnent lieu
à des états pièges situés environ 2,3 eV au-dessus de la bande de valence. Ces niveaux sont
responsables d’une large bande d’émission dans le jaune. La figure 1 présente le spectre de
luminescence d’un échantillon de GaN où nous pouvons observer, outre la luminescence
jaune, une forte raie d’émission dans le proche UV (3,42eV) correspondant à la
recombinaison radiative des porteurs de la bande de conduction avec les trous de la bande de
valence. Notre but est de déterminer la dynamique de la luminescence jaune et de la
luminescence bleue et de les comparer.
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m
- 3 10000f
E
I t , . , . , . , . , . , . , . , . ,
-
Energie (eV)
2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6
al
r
c
Figure 1 : Luminescence intégrée en temps d’un échantillon de GaN
2. RÉSULTATS ET DISCUSSION
Nous excitons l’échantillon à une énergie de photon de 4,66 eV avec la quatrième harmonique
d’un laser Nd: YAG pulsé, émettant des impulsions de 25ps à 5 Hz. Le signal de
luminescence est mesuré par une caméra à balayage de fente (Streak camera) avec une
résolution temporelle de 5 ps. Nous séparons la luminescence bleue de la luminescence jaune
à l’aide de filtres interférentiels et étudions, à température ambiante, la dynamique des
luminescences bleues et jaunes pour différentes intensités d’excitation.
Nous observons deux régimes d’excitation. Pour des faibles intensités (I < 500 kW. ern-')
nous ajustons le comportement temporel de la luminescence bleue par une bi-exponentielle,
dont les temps caractéristiques sont 21 = 25 ps et 22 = 60 ps. Le temps de déclin de la
luminescence jaune est inférieur à notre résolution expérimentale, limitée par la durée des
impulsions laser. Pour de plus fortes intensités d’excitation (I > 500 kW ern-'), nous
observons un comportement de seuil. II apparaît en effet une brusque augmentation de T~ qui
atteint 170 ps pour une intensité de 1 M W cm-’ (cf. figure 2). Pour ces mêmes intensités, la
luminescence jaune présente un temps de déclin de 430 ps (cf. figure 3). Ce comportement est
manifestement dû à une saturation de niveaux.
Pour rendre compte du comportement observé nous devons considérer, outre les états de
bandes et les niveaux des états pièges responsables de la luminescence jaune, des niveaux
d’impuretés dont plusieurs travaux ont montré l’existence [5]. Ces niveaux correspondraient à
des centres profonds, situés 1 eV au-dessus de la bande de valence et seraient dus à des
impuretés (oxygène ou carbone) ou à des défauts structuraux [6] (centres d’inversions). À
faible intensité, ils joueraient le rôle d’un canal de recombinaison non radiatif des porteurs