新型Ⅲ-Ⅴ族光電子材料的理論與實驗研究.pdf

1、新一代光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展必然要以新型通信光電子集成器件作為支撐。而通信光電子集成器件研究所面臨的最突出問題是半導(dǎo)體材料兼容、結(jié)構(gòu)兼容和工藝兼容。其中半導(dǎo)體材料的異質(zhì)兼容對于改進光電子集成器件的性能具有重大意義。本文圍繞新型Ⅲ-Ⅴ族光電子材料集成問題開展了理論和實驗工作：計算了構(gòu)成GaNAsP材料的三元系化合物GaAsN、GaNP光電子新材料的能帶結(jié)構(gòu)；進行了含B光電子材料的生長和測試工作?？偨Y(jié)起來，主要有以下幾個方面：
　　 ⑴

2、采用基于密度泛函理論（DFT）的平面波贗勢計算程序CASTEP，計算了閃鋅礦結(jié)構(gòu)GaN、GaP和GaAs的晶格常數(shù)和能帶結(jié)構(gòu)，重點分析了它們的能帶結(jié)構(gòu)。
　　 ⑵在對二元系材料理論計算的基礎(chǔ)上，建立了Ga8As8-xNx合金的SQS—8超胞模型，采用了團簇近似，計算了不同N組分的GaAsN的能帶結(jié)構(gòu)。計算結(jié)果表明：GaAsN能帶彎曲參數(shù)和N含量有直接關(guān)系，N含量為12.5％和25％時Γ1c—Γ15v躍遷的能帶彎曲參數(shù)分別為8.2

3、9eV、5.90eV；當(dāng)N含量為25％（空間類型為P—4M2、P—43M）、50％和62.5％時，其能帶閉合。
　　 ⑶建立了Ga4NxP4—x合金的SQS—4的超胞模型，計算了GaN0.25P0.75（即用1個N原子替換1個P原子）的能帶結(jié)構(gòu)。計算結(jié)果表明：GaN0.25P0.75為間接帶隙（X1c—Γ15v躍遷），能帶彎曲參數(shù)為8.91eV；當(dāng)N含量增加至50％、75％（即用2個、3個N原子分別替換P原子）時，其能帶閉合。<

4、br>　　 ⑷在（100）GaAs襯底上利用低壓金屬有機化學(xué)氣相沉積（LP—MOCVD）技術(shù)生長出了B并入比為0.4％—4.4％的一系列BA1As材料。實驗結(jié)果表明：BA1As最優(yōu)生長溫度為580℃；在該溫度下，隨輸入Ⅲ族氣相中三乙基硼（TEB）所占摩爾百分比增加，BA1As中B并入比提高，外延層（004）衍射峰的半高全寬FWHM值增加與原子力顯微鏡（AFM）測試的表面粗糙度增大（B并入比最高4.4％時FWHM值為204.7arcse