InP基InGaAIAs-InGaAsSb應(yīng)變量子阱激光器材料與設(shè)計研究.pdf

1、本文從理論上分析了InP基砷化物和銻化物半導(dǎo)體材料的基本性質(zhì)，主要包括通過二元系和三元系材料參數(shù)線性插值計算工nGaAlAs，InGaAsSb四元系材料的晶格常數(shù)、禁帶寬度等，并在禁帶寬度的計算中考慮了能帶彎曲引起的修正量(bow)。在此基礎(chǔ)上采用有效質(zhì)量模型下的4×4 Luttinger-Kohn哈密頓量矩陣對InGaAlAs/InGaAsSb應(yīng)變量子阱的能帶結(jié)構(gòu)、激射波長進(jìn)行理論分析和設(shè)計優(yōu)化討論，并采用力學(xué)平衡模型計算了此應(yīng)變材料

2、體系在生長時的臨界厚度。通過這些理論分析，優(yōu)化了激光器的結(jié)構(gòu)和各層材料的組分、厚度等參數(shù)，為材料生長和器件制備提供了理論依據(jù)。 眾所周知，InP為襯底的半導(dǎo)體激光器作為光纖通信用光源起著重要作用，并在1.3μm和1.55μm光纖通信波段已經(jīng)有高性能的單模激光器得到了實(shí)用化。InP基InGaAlAs/InGaAsSb應(yīng)變量子阱材料雖然波長范圍相對較窄(1.6-2.5μm)，但它與GaSb基AlGaAsSb/InGaAsSb材料相比

3、，在襯底質(zhì)量和器件工藝等方面體現(xiàn)出來的優(yōu)勢而引起人們的關(guān)注。采用InP襯底對銻化物材料的外延生長和結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，一方面可以借鑒InP基材料的外延生長以及器件工藝方面的成功經(jīng)驗(yàn)，另外將會在未來的光電子集成方面發(fā)揮重要作用。 本文重點(diǎn)研究InP襯底上，InGaAs、InAlAs、InGaAlAs、InGaAsSb材料和結(jié)構(gòu)的制備和特性。采用固態(tài)源分子束外延(SSMBE)設(shè)備，在InP襯底上生長了單層InGaAs、InAlAs、InG

4、alAlAs、InGaAsSb材料。通過外延材料的表面形貌、界面特性、晶格質(zhì)量以及發(fā)光特性等進(jìn)行了研究分析，結(jié)果表明良好的襯底表面狀態(tài)和適當(dāng)生長溫度是制備高質(zhì)量外延材料的首要條件。通過優(yōu)化分子束外延的生長參數(shù)及工藝技術(shù)，生長出了質(zhì)量較高的InGaAs、InAlAs、InGaAlAs、InGaAsSb單晶體材料。在以上工作基礎(chǔ)上，初步生長了InGaAlAs/InGaAsSb單量子阱結(jié)構(gòu)，并研究了其發(fā)光特性，為制備高性能的激光器打下了基礎(chǔ)。