GaSb基材料的异质外延及物性研究

发布时间：2019-05-31 13:20

【摘要】：近红外波段半导体激光器在军事和民用领域有广阔的应用前景。GaSb基半导体材料中的GaAsSb三元合金因其带隙可调制的优越性成为重要的近红外应变量子阱激光器的有源区的候选材料。因半导体激光器件的核心是有源区,本论文针对GaAsSb合金及量子阱有源区结构外延生长和性质研究不充分的问题,以生长出高质量的GaAsSb/AlGaAs应变量子阱材料为目的进行了GaSb、GaAsSb和GaAsSb/AlGaAs应变量子阱的外延生长、性质分析及光学性质优化研究,为GaAsSb/AlGaAs应变量子阱激光器件的研制做基础研究,。本论文的主要研究工作如下:1.利用分子束外延(MBE)技术开展GaSb材料外延生长工作,优化外延生长条件以提高GaSb薄膜的晶体质量。开展GaSb材料的光谱研究工作,对比分析同质和异质外延GaSb薄膜材料的发光性质。针对GaSb材料的表面态问题,开展利用MgO薄膜进行GaSb薄膜材料的表面钝化工作,提高了GaSb材料的发光强度。本部分研究将为GaAsSb合金的外延生长和性质研究奠定研究基础。2.开展GaAsSb合金材料的异质外延生长工作,通过As/Sb束流控制调节GaAsSb合金的组分,并使用PL光谱技术分析合金的光学性质,获得局域态随合金中Sb组份的变化规律,证明局域态复合是GaAsSb合金中重要的载流子复合机制。为了深入理解局域态的性质,使用快速热退火(RTA)技术对GaAsSb合金进行处理。研究了不同退火温度对局域态能级的调控作用,获得了退火温度对局域态深度调控的规律。本部分研究内容为GaAsSb/AlGaAs应变量子阱的外延生长和发光性质的调控提供基础研究。3.根据应变量子阱理论计算GaAsSb/AlGaAs应变量子阱的轻重空穴带随组份调控的应变对带隙的影响规律,并据此设计了发光波长在935nm的GaAs0.92Sb0.08/Al0.3Ga0.7As应变多量子阱。在实验方面,外延生长了该GaAs0.92Sb0.08/Al0.3Ga0.7As应变多量子阱并研究其结构及发光性质,根据XRD和PL结果确定生长出了与设计参数相符的应变量子阱材料,并在室温光谱中观察到重空穴激子和轻空穴激子同时存在的现象。为了研究应变量子阱的发光性质,通过RTA技术对应变量子阱样品进行处理,研究退火温度对量子阱样品发光的调控作用。研究结果证明退火温度对量子阱样品的发光峰位及强度有极大的影响,确认局域态、应变和界面混合效应是影响量子阱发光性质的重要因素。本部分研究中生长出了高质量的GaAs0.92Sb0.08/Al0.3Ga0.7As应变多量子阱材料,并证明可利用RTA技术提高应变量子阱的发光强度,调控应变量子阱的发光峰位。本论文中对GaAsSb材料及应变量子阱结构的研究为应变量子阱激光器的制备和性能调控提供基础研究。
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【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN304

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