GaAs基VCSEL结构特性模拟和表征

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本文利用实验与模拟相结合的方法,通过分子束外延(MBE)设备在衬底上生长了GaSb单层膜、周期分别为10、20的GaSb/InAs超晶格,用双晶X射线衍射仪分别测得其摇摆曲线,使用XPert Epitaxy软件对得到的双晶X射线衍射摇摆曲线测试结果拟合,得到了生长过程中峰位、半峰宽、单层厚度、应变等数据,分子束外延(MBE)设备使用成熟后,接着使用MBE生长了GaAs为衬底的VCSEL整体结构,并最终生长出各个峰位明显且良好的VCSEL,这对指导VCSEL的分子束外延生长实验具有重要意义。  通过分子束外延(MBE)设备先对GaSb单层膜进行生长,使用双晶X射线衍射仪测得样品的摇摆曲线。再通过软件模拟摇摆曲线与测试结果拟合,得到单层膜GaSb的半峰宽是26arcsec,峰型十分尖锐,生长的薄膜晶格质量很好,说明用MBE设备生长单层膜已经掌握,可以进行超晶格的生长研究;然后对周期分别为10、20的GaSb/InAs超晶格进行生长,用软件模拟超晶格结构的摇摆曲线,使其与测试结果拟合,测得实际生长的薄膜衍射峰的半峰宽分别是158arcsec、152arcsec,波峰尖锐,质量良好,InAs和GaSb两种材料之间的应变分别是0.56%、0.64%,周期厚度都是4.87nm,应变和厚度都十分稳定,生长得到良好的控制,为下一步垂直腔面发射激光器(VCSEL)生长夯实基础;最后生长了设计好的VCSEL结构外延片,用软件模拟该结构的摇摆曲线,得到了不同峰位的归属,通过模拟与测试结果拟合,实际的摇摆曲线测试结果与模拟结果的衍射峰完全匹配,而且实际测试的衍射峰位明显且尖锐,说明VCSEL外延结构的晶格生长质量十分理想,还可以发现,属于量子阱(QWs)的测试衍射峰与模拟的有一定漂移,平均为2.991arcsec,这是由于VCSEL结构内部的晶格失配所引起的应变弛豫造成。
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