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本论文“MBE生长短周期InGaAs/GaAs超晶格VECSELs有源区的结构和退火研究”的内容包括:MBE系统原理与外延材料的表征方法、应变补偿技术在InGaAs/GaAs应变量子阱中的应用以及短周期InGaAs/GaAs超晶格量子阱的结构性质与退火前后光学性质对比研究等共三个主要部分。本论文主要研究成果与创新点如下:
1.通过PL谱测试发现两种补偿方式应变量子阱测量荧光光谱有所不同:1)双侧补偿样品的发光强度更大;2)单侧补偿有两个中心波长,量子阱质量不好;3)双侧补偿半高宽更窄。AFM测试结果同样显示了双侧补偿样品表面平程度明显好于单侧补偿样品,从而确定了最佳的应变补偿方式。
2.对于总量子阱厚度一定(8nm)的短周期In0.33Ga0.67As/GaAs超晶格量子阱来说,通过改变等厚度的In0.33Ga0.67As和GaAs层周期数(5、7、9)来研究其荧光光谱的性质,最终确定当周期数为9时,荧光峰的强度最强,说明此时量子效率最高;半高宽最窄,可知其界面质量最好。此外随着周期数的增加,荧光峰位出现红移现象。
3.对样品进行快速热退火,然后测量荧光光谱。发现在特定退火条件下,荧光峰位不出现明显的移动。当退火条件超越此特定条件,开始出现文献中广泛记载的蓝移现象。该特定退火条件由退火时间和退火温度共同确定,直接表现为In原子在量子阱中的扩散长度。与此特定退火条件对应的扩散长度称其为临界扩散长度。对于8nm的短周期In0.33Ga0.67As/GaAs超晶格量子阱临界扩散长度大约为1nm。
作为一种有效的改善半导体材料的工艺手段,退火可以部分消除缺陷并且减小内存应力,但是存在退火时间过长导致荧光峰位蓝移的现象。临界扩散长度可以提供一个适当的退火时间和退火温度曲线,使得荧光峰位不出现明显的移动。