1.9μm锑化物激光器材料生长及结构性质研究

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1、学号：S15010098硕士学位(毕业)论文1.9μm锑化物激光器材料生长及结构性质研究研究生姓名：余沛学科、专业：电子科学与技术二○一八年六月分类号：O472密级：可公开UDC：编号：1.9μm锑化物激光器材料生长及结构性质研究RESEARCHONGROWTHANDSTRUCTURALPROPERTIESOF1.9μmGaSb-BASEDLASERMATERIALS学位授予单位及代码：长春理工大学(10186)学科专业名称及代码：电子科学与技术(080900)研究方向：半导体激光器物理与技术申请学位级别：硕士指导教师：房丹、唐吉龙研究生：余沛论文起止时间：2016

2、.10~2018.04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

3、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319.2069arcsec，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，

4、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InG

5、aAsSb/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/AlGaA

6、sSb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。关键词：1.9μm；InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱；分子束外延；X射线衍射；光致发光IABSTRACT2~5μmmid-infraredsemiconductorlasershavegreatapplicationvalueinmilitary,aerospace,communicationsandsoon.AndtheGaSb-basedsemiconductormaterialsaretheidealchoiceforthe2~5μmmid-infraredlasers.Amongt

7、hem,the1.9μmGaSb-basedlaserasarepresentativedeviceofthe2μmsemiconductorlaserhasgreatapplicationinthefieldsofpumpedsolid-statelaser,lidar,andlaserrangefinder.Thequalityofsemiconductorlasersdependsonthequalityofsemiconductormaterialsintheiractiveregions.Therefore,itisverynecessarytocar