Optical nonlinearities and transient dynamics of Fe doped GaN (GaN:Fe) were studied by Z-scan and pump-probe with phase object techniques under picosecond and nanosecond at 532 nm. From the pump-probe results, an additional decay pathway subsequent to two photon excitation was observed due to the carrier trapping of Fe3+/Fe2+ deep acceptors. The trapping state in the band gap results in a pronounced modulation to nonlinear responses of GaN:Fe compared to that of undoped GaN. With an effective three-level model as well as carrier trapping effect we described the photo-physical dynamics in GaN:Fe unambiguously.

1.
S.
Nakamura
and
G.
Fasol
,
The Blue Laser Diode
(
Springer
,
Berlin
,
1997
).
2.
J. Q.
Zhang
,
Y. T.
Yang
, and
H. J.
Jia
,
Chin. Opt. Lett.
11
,
102304
(
2013
).
3.
H. J.
Huang
,
D. W.
Yan
,
G. S.
Wang
,
F.
Xie
,
G. F.
Yang
,
S. Q.
Xiao
, and
X. F.
Gu
,
Chin. Opt. Lett.
12
,
092301
(
2014
).
4.
Y. J.
Ding
and
J. B.
Khurgin
,
Chin. Opt. Lett.
11
,
011901
(
2013
).
5.
R. H.
Bube
,
Photoconductivity of Solids
(
Wiley
,
New York
1960
).
6.
A.
Weakliem
,
J. Chem. Phys.
36
,
2117
(
1962
).
8.
S. A.
Wolf
,
D. D.
Awschalom
,
R. A.
Buhrman
,
J. M.
Daughton
,
S.
von Molnar
,
M. L.
Roukes
,
A. Y.
Chtchelkanova
, and
D. M.
Treger
,
Science
294
,
1488
(
2001
).
9.
T.
Dietl
,
H.
Ohno
,
F.
Matsukura
,
J.
Cibert
, and
D.
Ferrand
,
Science
287
,
1019
(
2000
).
11.
R.
Heitz
,
P.
Maxim
,
L.
Eckey
,
P.
Thurian
,
A.
Hoffmann
,
I.
Broser
,
K.
Pressel
, and
B. K.
Meyer
,
Phys. Rev. B
55
,
4382
(
1997
).
12.
E.
Malguth
,
A.
Hoffmann
,
W.
Gehlhoff
,
O.
Gelhausen
,
M. R.
Phillips
, and
X.
Xu
,
Phys. Rev. B
74
,
165202
(
2006
).
13.
E.
Malguth
,
A.
Hoffmann
, and
M. R.
Phillips
,
Phys. Status Solidi B
245
,
455
(
2008
).
14.
J.
Baur
,
K.
Maier
,
M.
Kunzer
,
U.
Kaufmann
,
J.
Schneider
,
H.
Amano
,
I.
Akasaki
,
T.
Detchprohm
, and
K.
Hiramatsu
,
Appl. Phys. Lett.
64
,
857
(
1994
).
15.
M.
Zhang
,
T. F.
Zhou
,
Y. M.
Zhang
,
B.
Li
,
S. N.
Zheng
,
J.
Huang
,
Y. P.
Sun
,
G. Q.
Ren
,
J. F.
Wang
,
K.
Xu
, and
H.
Yang
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
041904
(
2012
).
16.
P.
Gladkov
,
E.
Hulicius
,
T.
Paskova
,
E.
Preble
, and
K. R.
Evans
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
031908
(
2012
).
17.
P.
Gladkov
,
J.
Humlíček
,
E.
Hulicius
,
T.
Šimeček
,
T.
Paskova
, and
K.
Evans
,
J. Cryst. Growth
312
,
1205
(
2010
).
18.
T.
Aggerstam
,
A.
Pinos
,
S.
Marcinkevicius
,
M.
Linnarsson
, and
S.
Lourdudoss
,
J. Electron. Mater.
36
,
1621
(
2007
).
19.
J. Y.
Yang
,
Y. L.
Song
,
Y. X.
Wang
,
C. W.
Li
,
X.
Jin
, and
M.
Shui
,
Opt. Express
17
,
7110
(
2009
).
20.
Y.
Fang
,
X. Z.
Wu
,
F.
Ye
,
X. Y.
Chu
,
Z. G.
Li
,
J. Y.
Yang
, and
Y. L.
Song
,
J. Appl. Phys.
114
,
103507
(
2013
).
21.
Y.
Fang
,
F.
Yei
,
Z. G.
Li
,
Z. Y.
Zong
, and
Y. L.
Song
,
Proc. SPIE
8905
,
89051
F (
2013
).
22.
A.
Čėsna
,
D.
Söderström
,
S.
Marcinkevičius
, and
S.
Lourdudoss
,
J. Appl. Phys.
85
,
1234
(
1999
).
23.
A.
Gaarder
,
S.
Marcinkevičius
,
C. A.
Barrios
, and
S.
Lourdudoss
,
Semicond. Sci. Technol.
17
,
129
(
2002
).
24.
D.
Söderstrom
,
S.
Marcinkevičius
,
S.
Karlsson
, and
S.
Lourdudoss
,
Appl. Phys. Lett.
70
,
3374
(
1997
).
25.
Y.
Zhong
,
K. S.
Wong
,
W.
Zhang
, and
D. C.
Look
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
022108
(
2006
).
26.
Z. G.
Li
,
J. Y.
Yang
,
T. H.
Wei
, and
Y. L.
Song
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
252107
(
2013
).
27.
R.
Aleksiejunas
,
M.
Azize
,
Z.
Bougrioua
,
T.
Malinauskas
,
S.
Nargelas
, and
K.
Jarasiunas
,
Phys. Status Solidi C
6
,
S273
(
2009
).
28.
P.
Ščajev
,
K.
Jarašiūnas
,
S.
Okur
,
Ü.
Özgür
, and
H.
Morkoç
,
J. Appl. Phys.
111
,
023702
(
2012
).
29.
B.
Han
,
R. Y.
Korotkov
,
B. W.
Wessels
, and
M. P.
Ulmer
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
5320
(
2004
).
30.
B.
Henderson
and
G. F.
Imbusch
,
Optical Spectroscopy of Inorganic Solids
(
Clarendon Press
,
Oxford
,
1989
).
31.
R. A.
Soref
and
B. R.
Bennett
,
IEEE J. Quantum Electron.
23
,
123
(
1987
).
32.
J.
Dreyhsig
and
J. W.
Allen
,
J. Phys.: Condens. Matter
1
,
1087
(
1989
).
33.
R.
Fujimura
,
S.
Kitazaki
,
T.
Shimura
, and
K.
Kuroda
,
Opt. Commun.
282
,
2174
(
2009
).
34.
P.
Martin
,
S.
Guizard
,
Ph.
Daguzan
,
G.
Petite
,
P.
D'Oliveira
,
P.
Meynadier
, and
M.
Perdrix
,
Phys. Rev. B
55
,
5799
(
1997
).
You do not currently have access to this content.