1.9μm锑化物激光器材料生长及结构性质研究

发布时间：2020-06-08 04:23

【摘要】：2~5μm中红外半导体激光器在军事、航空航天、通信等领域具有非常大的应用价值。而锑化物半导体材料是2~5μm中红外半导体激光器的首选材料。其中,1.9μm锑化物激光器作为2μm波段中红外半导体激光器的代表性器件,在泵浦固体激光器、激光雷达、激光测距等方面中具有非常广泛的应用。半导体激光器性能的优劣取决于其有源区半导体材料质量的好坏,因此,开展1.9μm锑化物激光器材料外延生长的研究工作十分必要。然而,在锑化物半导体材料生长的过程中,材料的晶格失配、缺陷、应变等会出现的问题都会导致材料晶体质量变差,从而对1.9μm锑化物激光器的发展和应用产生较大影响。基于以上问题,本论文开展了1.9μm锑化物I型量子阱激光器材料的外延生长及结构性质的研究工作,借助锑化物合金薄膜材料的研究成果指导InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱材料的外延生长,最终获得了PL发光峰位~1.9μm的高质量的InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱材料。主要研究内容分为以下四个部分:(1)利用分子束外延技术在GaAs(100)衬底上生长GaSb材料,XRD谱半峰宽319.2069 arcsec,PL谱半峰宽71nm,表明成功制备了高质量异质外延的GaSb材料。(2)开展GaAsSb三元合金薄膜材料的研究工作,通过调节As/Sb束流比例,外延得到Sb组分分别为6%、8%和9%的GaAsSb三元合金薄膜材料,实现了对GaAsSb三元合金薄膜材料组分的精确控制。(3)进一步开展InGaAsSb、AlGaAsSb四元合金薄膜材料的研究,成功克服了锑化物四元合金薄膜材料生长困难的问题,制备得到In组分分别为10%、11%和13%的InGaAsSb四元合金薄膜材料,同时制备得到的低Al(30%)和高Al(60%)组分的AlGaAsSb四元合金薄膜材料。三个InGaAsSb四元合金薄膜材料均实现了~1.9μm的光致发光,为后续量子阱材料的外延生长打下了基础。(4)在成功制备锑化物合金薄膜材料的基础上,开展InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱材料的研究。通过改变InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱的结构参数,外延获得高质量的InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱材料,XRD显示出多级卫星峰,PL发光峰位于1.883μm和1.902μm,并且发光特性良好。使用PANalytical公司的X’Pert软件对获得的InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱材料进行XRD模拟,并与实际测试的XRD曲线对比,二者获得了较好的一致性。根据以上四部分的研究工作,我们在锑化物合金材料的研究基础上,成功制备了了1.883μm和1.902μm光致发光的高质量InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱材料,为1.9μm锑化物激光器器件的实现打下了坚实的基础。
【图文】：

9μm中红外半导体激光器应用领域

1.9μm锑化物激光器材料生长及结构性质研究

部分III-V族化合物材料的晶格常数及禁带宽度表1-2GaSb材料的基本参数
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248

【参考文献】