3-5μm中红外半导体激光器材料外延的研究

论文摘要

中红外3-5μm波段是大气的重要窗口,锑化物半导体是此波段光电材料和器件研究的理想材料体系。GaSb基量子阱激光器以其光电转化效率高,材料稳定性好等优点一直以来是中红外波段探测器、激光器的首选材料。在大气污染监测、传感技术、红外成像、遥感、外科医疗、自由空间通讯、光电对抗、激光雷达等民用/军用等领域具有广泛的应用价值。本文主要研究了GaSb基量子阱基础材料的分子束外延生长,探索并深入研究了GaSb基“W”型量子阱激光器材料的外延生长、界面应变及其发光性质。本论文主要开展了3-5μm中红外半导体激光器材料外延,其主要研究内容包括如下:（1）构建了“W”型激光器能带结构理论模型,明确了InAs,GaSb,AlSb,GaInSb材料体系中的II型破带隙能带之间的排列,分析了材料组分、厚度、级联结构对波函数的影响;同时优化缓冲层、波导层、对称等效限制层等结构的设计。（2）采用MBE对设计结构进行外延生长,通过对束流、生长温度、V/III束流比、生长速率等生长参数优化,精确控制III-V族材料的组分、厚度及应变。采用RHEED进行原位监测,精确控制外延材料的生长过程,获得了高质量的材料界面,同时系统地研究了GaInSb三元合金中不同In组分的结构特性和发光特性,以满足设计的需求。（3）对设计的“W”型量子阱激光器全结构中的“W”型量子阱级联区进行外延生长,并对其进行物性研究,在此基础上进行外延生长“W”型量子阱激光器全结构材料的研究,其EL发光约为3.76μm,满足设计的目标波长。为了实现该结构在3-5μm范围内可调节,我们将“W”型量子阱级联区中的InAs厚度由4个原子层增加到5个原子层,其发光波长从3.63μm增加到4.07μm。实现了3-5μm波段发光波长可调的“W”型量子阱材料外延生长,为制备中红外半导体激光器奠定基础。

论文目录

摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 引言

1.2 锑化物激光器的发展现状

1.3 本论文的研究目的及意义

1.4 本论文开展的工作

第2章材料制备与表征测试

2.1 分子束外延（MBE）技术

2.2 材料分析及表征技术

2.2.1 RHEED监测材料外延

2.2.2 原子力显微镜（AFM）

2.2.3 高分辨X射线衍射（HRXRD）仪

2.2.4 光致发光（PL）

2.3 本章小结

第3章 II类“W”型激光器设计

3.1 “W”型量子阱结构设计

3.2 “W”结构模拟

3.3 本章小结

第4章 “W”型量子阱激光器基础材料外延及性能表征

4.1 GaSb薄膜外延生长及物性研究

4.2 InAs薄膜外延生长及物性研究

4.3 AlSb薄膜外延生长及物性研究

4.4 GaInSb薄膜外延生长及物性研究

4.4.1 GaAs衬底上外延生长GaInSb薄膜

4.4.2 GaSb衬底上外延生长GaInSb薄膜

4.4.3 不同In组分GaInSb薄膜光谱分析

4.5 本章小结

第5章 “W”型量子阱激光器结构外延及表征

5.1 GaSb衬底外延200 周期的InAs/AlSb超晶格

5.2 GaSb衬底外延10 周期的In As/GaInSb“W”型量子阱结构

5.3 GaSb基“W”型量子阱全结构生长及表征

5.4 “W”型量子阱发光波长调节

5.5 本章小结

第6章论文总结与未来展望

参考文献

硕士期间取得的学术成果

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 亢玉彬

导师: 唐吉龙

关键词: 分子束外延,中红外,型量子阱,结构特性,发光特性

来源: 长春理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 长春理工大学

分类号: TN248.4

总页数: 65

文件大小: 4655K

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