【摘 要】
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目前,Ⅲ-Ⅴ族半导体Ⅱ类超晶格材料因其均匀性好、暗电流低和易实现能带剪裁等特点成为制备红外波段光电子器件的核心材料。光电子器件的性能直接受材料的发光特性、吸收特性及光学特性影响。InAs/GaSb体系由于本征Ga缺陷引入了SRH缺陷能级,使InAs/GaSb的少子寿命极大的缩小且非辐射复合过程增加;无Ga锑化物Ⅱ类超晶格InAs/InAsSb在红外波段探测领域的吸收效率较低,器件工作时暗电流较高。
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目前,Ⅲ-Ⅴ族半导体Ⅱ类超晶格材料因其均匀性好、暗电流低和易实现能带剪裁等特点成为制备红外波段光电子器件的核心材料。光电子器件的性能直接受材料的发光特性、吸收特性及光学特性影响。InAs/GaSb体系由于本征Ga缺陷引入了SRH缺陷能级,使InAs/GaSb的少子寿命极大的缩小且非辐射复合过程增加;无Ga锑化物Ⅱ类超晶格InAs/InAsSb在红外波段探测领域的吸收效率较低,器件工作时暗电流较高。根据这些问题,我们研究了最新提出的四元合金超晶格。本论文主要目的研究四元合金超晶格的结构特性,并用钝化方法提高Ⅱ类超晶格的光学性能。本论文的主要研究内容如下:（1）InAs/InAsSb超晶格外延生长及物性研究目前利用分子束外延生长无Ga超晶格被报道的颇为广泛,我们利用单分子层外延合金（FMA）方法,生长In As Sb合金并诱导局域态的产生,对超晶格中的俄歇复合进行抑制。通过新的外延生长工艺,无Ga超晶格性能得到了提高。为了进一步提高无Ga超晶格复合效率,我们对InAs/InAsSb超晶格进行钝化处理。钝化样品的高表面态密度被有效抑制,非辐射复合率降低,其电子-声子相互作用的强度也被抑制,光电效率得到了提高。（2）基于InGaAsSb的锑化物II类超晶格结构及光学特性研究通过四元合金层的控制,实现与InAs/GaSb相同发光波段的合金超晶格,其发光强度大约是InAs/GaSb的7倍。利用几何相位分析法分析超晶格内部结构与应力,合金层结构改变使内部应力发生改变,材料稳定性受到一定影响。其次在对合金超晶格进行钝化的实验中发现,由于钝化时间不足,表面仍存在大量金属氧化物,导致辐射复合率被抑制。但材料的光致发光强度仍有提高,该实验有待于进一步增强,这为下次提高其光学性能与电学性能提供基础。本论文为新型超晶格有源区研究奠定了重要的研究基础和技术手段。同时III-V族半导体材料普遍面对的任意合金组分精确控制,能够有力推动其光电子器件发展。
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