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锑化物激光器、探测器MBE生长与物理研究

唐田  
【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In_xGa_(1-x)xAs_(0.02)Sb_(0.98)/Al_(0.2)Ga_(0.8)As_(0.02)Sb_(0.98)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6×10~(17)cm~(-3),p型掺杂的AlGaAsSb材料的空穴浓度可以达到2×10~(18)cm~(-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3×10~(16)cm~(-3)。


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