【摘 要】
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量子级联激光器具有体积小、波谱宽等优点,在分子监测和红外对抗等领域具有重要的应用,已经成为国内外的研究热点。自1994年第一个量子级联激光器问世以来,量子级联激光器技术得到了快速发展,但是仍有许多问题亟需解决,例如在量子级联激光器材料结构的外延生长过程中,如何对材料的质量、组份等进行精确的控制等。针对这些问题,本论文利用气态源分子束外延系统,开展了～4.6μm量子级联激光器的材料生长研究,并对其材
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量子级联激光器具有体积小、波谱宽等优点,在分子监测和红外对抗等领域具有重要的应用,已经成为国内外的研究热点。自1994年第一个量子级联激光器问世以来,量子级联激光器技术得到了快速发展,但是仍有许多问题亟需解决,例如在量子级联激光器材料结构的外延生长过程中,如何对材料的质量、组份等进行精确的控制等。针对这些问题,本论文利用气态源分子束外延系统,开展了～4.6μm量子级联激光器的材料生长研究,并对其材料性能进行测试分析,最终获得高质量的外延结构材料。本论文的主要内容有以下几点:（1）首先对～4.6μm波段的不同类型激光器进行了介绍,并对其优缺点进行了比较,接着对～4.6μm量子级联激光器的应用前景进行了展望,最后对～4.6μm大功率量子级联激光器的国内外研究进展进行了归纳总结。（2）介绍了量子级联激光器的工作原理和常用的材料体系;重点阐述了应变对材料能带结构的影响,之后基于应变补偿理论,优化设计出～4.6μm量子级联激光器的外延结构。（3）分析了分子束外延技术的特点和生长过程,并介绍了本论文中所使用的V90型气态源分子束外延系统,然后对所使用的材料表征技术进行了描述。（4）开展了 InP、InGaAs、InAlAs等基础材料研究工作。分析了不同的生长温度对InP材料晶体质量的影响,讨论了不同的In/Ga束流比（Al/In束流比）对InGaAs（InAlAs）材料中各元素组份的影响。成功制备出高质量的InP、InGaAs、InAlAs基本材料,实现了对InxGa1-xAs和InyAl1-yAs三元合金材料组份的精确控制。此外以Si作为n型掺杂源,探讨了不同Si炉温度下InP、InGaAs材料的掺杂浓度变化,生长出具有不同掺杂浓度的InP、InGaAs材料。（5）在前面工作的基础上,采用气态源分子束外延技术外延生长了～4.6μm量子级联激光器的全结构。借助扫描电子显微镜进行观察,可以看出整个结构各层之间界面平整。使用X’Pert Epitaxy软件对设计的～4.6μm量子级联激光器的全外延结构进行X射线衍射（XRD）仿真拟合,并与实际测试的XRD曲线对比,两者峰位基本一致,表明已经实现了对材料的生长速率、组份等的精确控制。
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