含硼（B）光電子材料的理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本論文的主要研究工作是根據(jù)以任曉敏教授為首席科學(xué)家的國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目“新一代通信光電子集成器件及光纖的重要結(jié)構(gòu)工藝創(chuàng)新與基礎(chǔ)研究”(項(xiàng)目編號(hào)：2003CB314900)中一個(gè)子課題項(xiàng)目“單片集成光電子器件的異質(zhì)兼容理論與重要結(jié)構(gòu)工藝創(chuàng)新”(項(xiàng)目編號(hào)：2003CB314901)為基礎(chǔ)開(kāi)展開(kāi)的。 新一代光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展必然要以新型通信光電子集成器件作為支撐。而通信光電子集成器件研究所面臨的最突出問(wèn)題是半導(dǎo)

2、體材料兼容、結(jié)構(gòu)兼容和工藝兼容，而如何實(shí)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體材料兼容最為重要。為了更好的解決材料兼容這個(gè)問(wèn)題，除了進(jìn)一步優(yōu)化原來(lái)的異質(zhì)外延生長(zhǎng)方法之外，尋求晶格能與GaAs或者Si匹配，且能帶覆蓋1.3-1.55微米光通信波段的新型光電子材料，可能是比較理想的途徑。因此，本文就B系光電子新材料體系展開(kāi)了大量的理論和實(shí)驗(yàn)工作．總結(jié)起來(lái)，主要有以下幾個(gè)方面： 1、采用基于密度泛函理論(DFT)的平面波贗勢(shì)計(jì)算程序CASTEP、原胞方法和能

3、量最低原理，計(jì)算出了BAs、BSb和BP在穩(wěn)定性狀態(tài)下的晶格常數(shù)及能帶結(jié)構(gòu)。 2、采用32原子建立了BxInl-xAs的超胞模型，計(jì)算出了不同B組分BxIn1-xAs的能帶結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)BxInl-xAs的帶隙隨著B(niǎo)含量增加而增加，繼而通過(guò)Vegard定理得出了其能帶彎曲參數(shù)約2.6 eV。 3、計(jì)算了BGaAs和BInAs的生成焓，計(jì)算結(jié)果表明：隨著B(niǎo)含量增加，BGaAs和BInAs的生成焓均迅速增加，據(jù)此可知B的并入量均

4、不能很高。 4、使用三乙基硼(TEB)、三甲基鎵(TMGa)和砷烷(AsH3)，在(001)GaAs襯底上開(kāi)展BxGal-xAs的LP-MOCVD生長(zhǎng)，研究了生長(zhǎng)溫度及TEB輸入氣相百分比(Xv)對(duì)B并入量的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，580度是最佳生長(zhǎng)溫度，最大并入量達(dá)到5.8％。B并入量隨Xv的增加而增加，但存在極限。 5、580度下，外延生長(zhǎng)出了與GaAs襯底晶格匹配的BxInyGa1-x-yAS外延層，X射線雙晶衍射(DCX