銻化物激光器、探測器MBE生長與物理研究.pdf

1、本論文針對2μm波段InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱激光器和InGaAsSbPIN探測器的特性和存在的問題，對激光器和探測器的材料物理、MBE生長和工藝優(yōu)化進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，取得了如下結(jié)果： 計算了2μm波段InGaAsSb/AlGaAsSb應(yīng)變多量子阱激光器的增益譜，系統(tǒng)研究了應(yīng)變、阱寬對增益譜的影響，得出提高應(yīng)變或減小阱寬能提高激光器增益的結(jié)論。 對2μm波段InGaAsSb/AlGaAsSb激光器的波導(dǎo)層

2、進(jìn)行了研究，應(yīng)用傳遞矩陣法在有效折射率框架下計算了平板波導(dǎo)的光限制因子，進(jìn)行了加寬波導(dǎo)優(yōu)化設(shè)計，得出厚度為0.3-0.5μm的加寬波導(dǎo)層是較合適的結(jié)論。 根據(jù)有效質(zhì)量框架下一維有限單阱Kronig-Peney模型，進(jìn)行了InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器的子帶躍遷設(shè)計。其計算結(jié)果能夠反映多量子阱及應(yīng)變情況下各參數(shù)的變化趨勢。以上計算分析表明，在采用單個As和Sb束源條件下的InxGa1-xAs0.02Sb0.98/A

3、l0.2Ga0.8As0.02Sb0.98量子阱連續(xù)生長方案是可以滿足2-3μm波段激光器的需要的，但在激射波長較長時對材料的組份和應(yīng)變控制要求也是十分苛刻的。 采用固態(tài)源MBE設(shè)備，研究分析了單層AlGaAsSb和InGaAsSb材料分子束外延的生長參數(shù)及工藝技術(shù)。實驗結(jié)果表明良好的襯底表面處理和適當(dāng)生長溫度是制備高質(zhì)量外延材料的首要條件。對于AlGaAsSb材料，通過控制As和Sb元素的含量，可以調(diào)節(jié)AlGaAsSb與襯底的

4、應(yīng)變從正失配到負(fù)失配連續(xù)變化，并且保證材料的良好質(zhì)量。我們通過對生長條件的漸變，已成功制備出高質(zhì)量的AlGaAsSb梯度材料，其Al組分從0.2漸變到0.4。 我們對材料摻雜特性進(jìn)行了研究，AlGaAsSb的n型摻雜濃度達(dá)可以達(dá)到6×1017cm-3，p型摻雜的AlGaAsSb材料的空穴濃度可以達(dá)到2×1018cm-3。用輕摻Te補償p型本底的方法實現(xiàn)了InGaAsSb載流子濃度的降低，其n型載流子濃度達(dá)到3×1016cm-3。

5、 基于以上的研究，我們生長了不同的量子阱材料，并對材料特性進(jìn)行了測試分析。結(jié)果表明，多量子阱材料與單阱材料相比，其有源區(qū)厚度較大，具有較高的載流子密度，且光學(xué)限制因子也較高，所以其發(fā)光性能更好。多量子阱材料光致發(fā)光強度可以比單阱高數(shù)倍，因此在較低的激發(fā)功率及較高的溫度下都有較好的發(fā)光特性。我們制備的In015Ga0.85As0.02Sb0.98/Al0.2Ga0.8As002Sb0.98多量子阱材料，阱厚為10nm，阱數(shù)目為3個