【摘 要】
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当代社会,信息产业的飞速发展迫使网络传输朝着更高速度和更大容量方向发展。光网络中由于存在着大量的光-电、电-光转换,使得人们为提高网络传输效率而转向光子器件和电子器
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当代社会,信息产业的飞速发展迫使网络传输朝着更高速度和更大容量方向发展。光网络中由于存在着大量的光-电、电-光转换,使得人们为提高网络传输效率而转向光子器件和电子器件的集成(即光电集成)方向发展。作为已经成熟的微电子半导体材料——Si是一种间接带隙材料,使其在发光器件方面的发展受到了极大的限制。本文在光电集成的大背景下,从Ⅲ-Ⅴ化合物半导体在Si基上的异变外延着手,致力于解决Si基上的光源问题。本文以实现光电集成为出发点,对Si基GaAs激光器材料生长作了较为系统的研究。同时,针对Si基GaAs激光器材料的特点,对后续激光器器件的制作工艺进行了探索研究。论文的主要内容和成果如下：1.在课题组前期的GaAs/Si异变外延工作的基础上,研究了引入InAs量子点作为位错阻挡层、插入非晶Si层的三步法以及采用无掩膜图形衬底来进行GaAs/Si外延层的异变外延生长,结合循环退火,我们生长得到腐蚀坑密度在105cm-2量级(厚度为1.8μm)的Si基GaAs外延片,并分析了无掩膜图形衬底提高外延层晶体质量的机理。2.研究了改善Si基上InGaAs/GaAs量子阱质量的生长方案,并对GaAs/Si外延片热应力过大的问题进行了探索研究。同时制备出载流子浓度分布良好、高质量InGaAs/GaAs量子阱的Si基GaAs激光器材料。通过透射电镜观察显示,位错均被限制在下限制层以内,几乎没有位错穿透到量子阱区域。3.实现了Si基GaAs激光器芯片的制作和室温下的脉冲激射,且阈值电流密度为1000A/cm2,斜率效率为1.03W/A,在300mA的脉冲驱动电流下峰值光功率达到了184mW。
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