锑化物激光器、探测器MBE生长与物理研究

论文题目: 锑化物激光器、探测器MBE生长与物理研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 微电子学与固体电子学

作者: 唐田

导师: 张永刚

关键词: 分子束外延,多量子阱,锑化物,激光器,探测器

文献来源: 中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 本论文针对2μm波段InGaAsSb/AlGaAsSb多量子阱激光器和InGaAsSb PIN探测器的特性和存在的问题,对激光器和探测器的材料物理、MBE生长和工艺优化进行了系统的研究,取得了如下结果: 计算了2μm波段InGaAsSb/AlGaAsSb应变多量子阱激光器的增益谱,系统研究了应变、阱宽对增益谱的影响,得出提高应变或减小阱宽能提高激光器增益的结论。 对2μm波段InGaAsSb/AlGaAsSb激光器的波导层进行了研究,应用传递矩阵法在有效折射率框架下计算了平板波导的光限制因子,进行了加宽波导优化设计,得出厚度为0.3-0.5μm的加宽波导层是较合适的结论。 根据有效质量框架下一维有限单阱Kronig-Peney模型,进行了InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器的子带跃迁设计。其计算结果能够反映多量子阱及应变情况下各参数的变化趋势。以上计算分析表明,在采用单个As和Sb束源条件下的InxGa1-xxAs0.02Sb0.98/Al0.2Ga0.8As0.02Sb0.98量子阱连续生长方案是可以满足2-3μm波段激光器的需要的,但在激射波长较长时对材料的组份和应变控制要求也是十分苛刻的。 采用固态源MBE设备,研究分析了单层AlGaAsSb和InGaAsSb材料分子束外延的生长参数及工艺技术。实验结果表明良好的衬底表面处理和适当生长温度是制备高质量外延材料的首要条件。对于AlGaAsSb材料,通过控制As和Sb元素的含量,可以调节AlGaAsSb与衬底的应变从正失配到负失配连续变化,并且保证材料的良好质量。我们通过对生长条件的渐变,已成功制备出高质量的AlGaAsSb梯度材料,其Al组分从0.2渐变到0.4。 我们对材料掺杂特性进行了研究,AlGaAsSb的n型掺杂浓度达可以达到6×1017cm-3,p型掺杂的AlGaAsSb材料的空穴浓度可以达到2×1018cm-3。用轻掺Te补偿p型本底的方法实现了InGaAsSb载流子浓度的降低,其n型载流子浓度达到3×1016cm-3。

论文目录:

摘要

第一章 引言

第二章 文献综述

2.1 MBE技术简介

2.2 Ⅲ-Ⅴ族化合物MBE生长及性质

2.3 半导体激光器简介

2.4 2-5μm波段Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体激光器

2.5 量子级联激光器

2.6 InGaAsSb红外探测器

2.7 中科院上海微系统所(原冶金所)的锑化物材料与器件的研究

2.8 小结

第三章 2μm InGaAsSb／AlGaAsSb多量子阱激光器设计与优化

3.1 引言

3.2 Ⅲ—Ⅴ族材料基本参数的计算

3.2.1 AlGaAsSb和InGaAsSb的晶格常数

3.2.2 AlGaAsSb和InGaAsSb的禁带宽度

3.2.3 AlGaAsSb和InGaAsSb的折射率

3.3 应变量子阱的能带结构和增益谱

3.4 AlGaAsSb／InGaAsSb激光器光学限制因子

3.5 InGaAsSb／AlGaAsSb量子阱激光器的子带跃迁近似计算

3.6 小结

第四章 AlGaAsSb材料的生长和测试表征

4.1 国产Ⅳ型分子束外延系统

4.2 分子束外延生长基本步骤

4.3 材料的测试表征方法

4.4 AlGaAsSb的材料的生长研究

4.4.1 衬底的表面处理

4.4.2 生长温度对材料质量的影响

4.4.3 材料组分和应变的调节

4.4.4 AlGaAsSb材料的掺杂研究

4.5 小结

第五章 InGaAsSb材料的生长和测试表征

5.1 InGaAsSb材料的不互溶隙

5.2 InGaAsSb材料的临界厚度

5.3 InGaAsSb材料的MBE生长特性

5.4 InGaAsSb材料的组分和带隙波长

5.5 小结

第六章 量子阱材料的生长和测试表征

6.1 引言

6.2 不同数目量子阱材料的测试特性

6.3 不同生长质量的多量子阱材料的测试特性

6.4 材料光致发光波长与阱宽的关系

6.5 不同量子阱材料光致发光与温度的关系

6.6 不同量子阱材料光致发光与激发功率的关系

6.7 不同垒厚度对光致发光的影响

6.8 小结

第七章 激光器和探测器的结构与性能测试

7.1 引言

7.2 激光器的结构与能带

7.3 探测器的结构与能带

7.4 激光器的制作工艺

7.5 探测器的制作工艺

7.6 激光器的测试结果

7.7 探测器的测试结果

7.8 小结

第八章 结论

参考文献

发表文章目录

致谢

作者简历

发布时间: 2006-02-08

参考文献

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