【摘 要】
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半导体激光器因其体积小,波长可调节和可靠性高等优点,被广泛应用在大气监测、激光测距、空间通信、激光手术和激光美容等领域。其中2μm波段的半导体激光器在激光雷达、激光制导和航空航天等国防领域的未来发展和应用前景备受人们的关注。同时,锑化物合金材料是2μm波段半导体激光器材料的最佳选择。但是在外延制备锑化物合金材料的时候,不可避免地会引进缺陷及分子团簇,严重影响材料的晶体质量,导致材料出现局域态发光现
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半导体激光器因其体积小,波长可调节和可靠性高等优点,被广泛应用在大气监测、激光测距、空间通信、激光手术和激光美容等领域。其中2μm波段的半导体激光器在激光雷达、激光制导和航空航天等国防领域的未来发展和应用前景备受人们的关注。同时,锑化物合金材料是2μm波段半导体激光器材料的最佳选择。但是在外延制备锑化物合金材料的时候,不可避免地会引进缺陷及分子团簇,严重影响材料的晶体质量,导致材料出现局域态发光现象并且发光性能下降。相比于Ga Sb衬底,Ga As衬底有着造价低和制备工艺简单等优点。结合Ga As衬底的诸多优点,本文利用分子束外延技术制备了InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料。为了进一步提高InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料的发光性能,采用快速热退火的手段对量子阱材料进行了加工。并利用光致发光光谱和X射线衍射,系统地讨论了快速热退火对量子阱材料发光性能及结构的影响。主要研究内容如下:（1）为了实现InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料在2μm波长附近发光,设计了量子阱结构。使用分子束外延技术生长了量子阱结构中的基础薄膜材料,包括Ga Sb、InGaAsSb和AlGaAsSb合金薄膜,并使用X射线衍射进行表征,证实了外延生长的半导体薄膜材料有较高的结晶质量。（2）使用分子束外延技术制备了InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料,并研究了其发光性能。结合X射线衍射图及光致发光光谱分析,该量子阱样材料发光性能和晶体质量均良好。在室温下InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱材料的发光波长为1.96μm。同时,确定了量子阱的发光来源,光子能量为0.687 e V的发光来自局域载流子复合,光子能量为0.701 e V的发光来自自由激子复合。（3）为了提高InGaAsSb/AlGaAsSb量子阱激光器材料发光性能,本文开展了量子阱材料的快速热退火研究。X射线衍射测试证明了快速热退火可使量子阱材料中的原子在阱层和垒层界面发生相互扩散。这种互扩散可以提高量子阱材料的晶体质量,降低结构应变,量子阱材料的发光性能也能够得到改善。对光致发光光谱进行分析,当退火温度的升高时,发现室温光致发光光谱峰位会向短波长移动。此外,提高退火温度可以降低样品中的局域载流子复合比例,当退火温度分别为500℃和600℃时,对比局域载流子与自由激子的发光强度,后者仅为前者的22.6%。本文研究了关于锑化物半导体激光器材料的外延生长,并提高了材料的发光性能,为高性能锑化物半导体激光器的制备奠定了基础。
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