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本论文以“Ⅲ-Ⅴ族三元化合物半导体材料的光学特性研究”为研究方向,文献调研和探讨了几种常用的Ⅲ-Ⅴ族三元化合物半导体材料及器件的研究进展和应用;概述了分子束外延技术,介绍了光致发光谱技术;对InGaAs/GaAs量子阱材料的MBE生长进行了工艺参数优化;对InGaAs/GaAs量子阱材料进行了不同条件的退火处理实验,采用室温以及变温条件下的光致发光谱技术对退火处理后样品的光学特性进行了深入研究;利用拉曼光谱技术,对InGaP/GaAs外延材料的拉曼频移与外延材料内应力之间的关系进行了研究。
主要成果和创新点如下:
1、通过研究不同生长工艺参数下材料的光致发光谱,分析讨论了In/Ga束流比和生长温度对材料发光特性的影响。从而得到,当生长温度为520℃,In/Ga束流比为1.25:1时,容易生长出较高质量的InGaAs应变量子阱材料。
2、对InGaAs/GaAs量子阱材料进行了不同条件的退火处理,对其荧光谱进行了研究。固定退火时间为30s,改变退火温度,既观察到了红移现象又观察到了蓝移现象,700℃时荧光峰强度最强。固定退火温度为700℃,改变退火时间,最佳退火时间为60s。相对来说,原位退火受到外界的影响和污染要比退火炉热退火少的多,达到的效果更好。与In-Ga原子互扩散的菲克理论作比较,InGaAs/GaAs中的互扩散过程并不遵守线性扩散方程。
3、在不同测试温度条件下,对InGaAs/GaAs单量子阱和多量子阱的PL谱进行了研究。得出,InGaAs/GaAs单量子阱,较低温度下(77K),样品以激子发光为主,随着温度的增加单量子阱由激子发光机制转变为带-带间的发光机制;但是由于应力的积累以及隧穿效应,多量子阱的发光情况不同于单量子阱,与半经验理论偏差比较大。
4、通过拉曼光谱对InGaP/GaAs外延材料进行了研究,分析了拉曼频移与外延材料内应力关系,拉曼光谱峰位频移量Δω的正负和大小可以反映应力类型和大小,并拟合计算了样品材料的拉曼应力因子为k=1.86±0.75cm-1/GPa。