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《中国科学院上海冶金研究所》 2001年
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2μm锑化物激光器、探测器材料、器件及物理

林春  
【摘要】: 本论文针对中红外2μm波段AIGaAsSb/InGaAsSb多量子阱激光器和 InGaAsSb PIN探测器的特点和存在的问题,对激光器和探测器的结构进行了设 计,并进行了锑化物材料的固态源分子束外延(SSMBE)生长、激光器和探测 器制备以及材料与器件表征的研究,取得了如下结果: 用固态源分子束外延方法在(001)GaSb衬底上生长了高质量的InGaAsSb、 AIGaAsSb和AIGaAsSb/InGaAsSb多量子阱材料。研究了外延生长条件如生长 温度等对InGaAsSb本底载流子浓度的影响。通过对AIGaAsSb中As组分的调 节,实现了AIGaAsSb的失配度从正失配到负失配的连续变化,并生长出晶格匹 配的AIGaAsSb限制层材料。通过光荧光谱研究了势垒厚度对2μm AIGaAsSb/InGaAsSb应变多量子阱的影响,发现势垒的临界厚度为15nm。 对AIGaAsSb、InGaAsSb的禁带宽度、晶格常数、折射率和 AIGaAsSb/InGaAsSb异质结带阶及应变量子阱的子能级位置和价带结构进行了 计算,并通过对激光器的光学限制因子的研究优化了加宽波导结构。 通过对锑化物激光器器件工艺的摸索和优化,研制出室温准连续工作激射波 长为2.01μm的脊波导激光器,室温下阈值电流为80mA,功率大于15mW,占 空比最高达60%,最高工作温度80℃,该器件的特征温度达93K。研制出的台 面宽条激光器在185K下连续工作,在脉冲条件下最高工作温度为270K。高AI 组分限制层平面宽条激光器实现190K下脉冲受激。 对脊波导AIGaAsSb/InGaAsSb多量子阱激光器进行了器件寿命测试,在室 温下,占空比10%,连续工作时间超1000小时,阈值电流增加在20%以内。 器件老化主要是器件焊接、封装和非辐射复合中心的增加造成的。 在对脊波导AIGaAsSb/InGaAsSb多量子阱激光器P-1曲线的测量中观察到 扭折现象。结合对激光器激射光谱的测量,发现在扭折发生处,出现了1.86μm 和2.01μm两个激射波长。这两个激射波长分别对应于量子阱中E1-HH1和 E2-HH2的跃迁。 为了降低InGaAsSb探测器表面漏电流对探测率和器件反向特性的影响,提 高探测器性能,本论文设计了AIGaAsSb/InGaAsSb/GaSb探测器,并对 InGaAssb PIN探测器的的噪声机制包括产生一复合噪声、俄歇复合噪声进行了 理论分析。 研制出的 IpGSASSblGSSb piN探测器室温黑体探测率 Dbb二5.IX10s cm.HzllZIW,响应度Rv二37VIVV;AIGaAssbllnGaAssblGasb PIN探测器的黑 体探测率Dbb二5*x10s。一H*旧M,响应度Rv二78删。本论文还尝试了用 AIGaAssbllnGaAssb禾 InGaAssblGasb PIN探测器对 Zpm 锑化物多量子阶 激光器进行表征。 本论文的研究工作为完成国家高技术研究发展计划(863计划)的任务做出 了贡献,也为进一步开展器件的应用打下了基础。
【学位授予单位】:中国科学院上海冶金研究所
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TN248

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