论文部分内容阅读
制备高性能的GaAs基和Si基光电子单片集成器件是光电子集成技术的一个重要的研究方向。而光电子单片集成器件所面临的突出问题是半导体材料的异质兼容问题。目前解决这一问题的方法很多,利用理论预测并实验合成与衬底晶格匹配的新型Ⅲ-Ⅴ族光电子集成材料是解决这一问题的有效途径之一。另一方面,在GaAs衬底上生长InAs自组织量子点可以制备1.3-1.55微米波段高性能量子点激光器,对于提升光通信系统性能具有一定的意义。本论文围绕着GaAs基和Si基新型Ⅲ-Ⅴ族光电子集成材料系开展了实验和理论工作,并对InAs/GaAs自组织量子点也进行了一定的实验探索,论文的主要研究工作及成果如下：1、使用无SiC涂层石墨舟,在(100)GaAs衬底上LP-MOCVD生长出了BxAl1-xAs材料。与有SiC涂层石墨舟相比,最佳生长温度范围从580℃增加至610℃,且B并入比有一定提高。在610℃下,随TEB摩尔流量增加,B并入比提高(实验中,在假定BAlAs层完全弛豫下,B并入为1.2%至4.7%),且BAlAs衍射峰的半高宽增加,BAlAs样品表面粗糙度增加。2、生长出了与GaAs晶格匹配的BxAl1-x-yInyAs及10周期BxAl1-xAs/GaAs、BxAlyIn1-x-yAs/GaAs多量子阱结构(B组分约2.8%)。3、参与了InAs/GaAs自组织量子点的LP-MOCVD生长。实验上,带有GaAs盖层的约4.0ML厚InAs量子点(InAs量子点的生长条件为500℃、生长速率为0.1ML/s、Ⅴ/Ⅲ比为10)的室温PL谱峰值波长达1194nm,半高宽窄至39meV。4、为了计算GaInNP的能隙值,首先采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波赝势计算程序CASTEP,计算了闪锌矿结构GaN、GaP、InN和InP的晶格常数和能带结构。5、计算了三元系材料GaNP、GaInP、GaInN和InNP的能带结构,并由二次拟合得到能带bowing参数,计算结果显示GaNP的直接跃迁的bowing参数较大,值为6.29eV；并计算出了GaInNP在与Si晶格匹配条件下的能隙范围。当N的组分大约为0.13时,GaInNP从间接跃迁材料变为直接跃迁材料。