一種調制摻雜型多周期應變補償量子阱外延生長方法
【專利摘要】本發明提供一種調制摻雜型多周期應變補償量子阱外延生長方法，包括的步驟是生長前對MOCVD反應室烘烤與清洗；將InP襯底片在低壓MOCVD反應室；該MOCVD反應室壓力設置在20mbar至100mbar之間，采用PH3砷烷作為反應及保護氣體，金屬有機物MO源為TMIn和TMGa或TEGa、P型摻雜源DMZn或DEZn采用氫氣載氣帶入反應室，生長在550-750℃之間，藉此完成多量子阱結構材料的外延生長；關閉載氣，金屬有機物和保護氣體將反應室降溫，充入氮氣并將反應室升壓，以及將晶片從反應室中取出，藉由前述步驟，實現了該量子阱外延生長方法，從而達成了環保、簡易、縮短生產周期以及產品穩定性強的良好效果。
【專利說明】一種調制摻雜型多周期應變補償量子阱外延生長方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及光電【技術領域】，尤其是指提供一種調制摻雜型多周期應變補償量子阱外延生長方法。
【背景技術】
[0002]半導體激光器從最初的低溫25°C運轉發展到室溫下連續工作，現在發展到在高溫85°C連續工作，其半導體激光器有源區從同質結發展成單異質結、雙異質結、量子阱(單、多量子阱)等多種形式；歸根到底是提高半導體有源層材料的外量子效率及內量子效率和轉換效率.因此通過優化有源區量子阱結構可以提高外量子效率，延長載流子壽命的時間可以減小激光器閾值電流密度，從而提高有源層材料的特征溫度以及有源區量子阱的外量子效率、內量子效率和轉換效率高的張弛振蕩頻率，即量子阱結構可設計為多周期量子阱結構、大壓應變阱層材料、壘層材料進行摻雜。
[0003]通過加大量子阱阱層材料的壓應變能降低俄歇復合、帶間吸收，從而達到改善器件高溫特性的作用，同時功率也會相應提高。由于加大量子阱有源區阱層材料應變后，高失配引起的應力容易造成晶格馳豫，由二維生長變為三維生長，銦原子易遷移形成富In的“小島”，高質量的量子阱要求二維生長，這是因為三維生長會造成很多缺陷，影響量子阱的發光效率。
[0004]但是由于量子阱有源區中阱層材料應變加大及多周期累加，其量子阱有源區整體應變進一步加上，給大應變、多周期量子阱材料外延生長質量帶來了困難。
[0005]提聞有源區材料的外延質量，減少各種缺陷和雜質的濃度是提聞內量子效率的最佳途徑，因此有源層材料的質量好壞最為關鍵。
【發明內容】
[0006]為解決上述技術問題，本發明的主要目的在于提供一種調制摻雜型多周期應變補償量子阱外延生長方法，該方法廣泛應用于改進光通訊、CATV系統、光電技術中光發射器件芯片高溫特性的外延生長技術方法。
[0007]為達成上述目的，本發明應該的技術方案是:一種調制摻雜型多周期應變補償量子阱外延生長方法，包括生長前對MOCVD反應室烘烤與清洗，將磷化銦襯底片在MOCVD反應室上，MOCVD反應室壓力設置，將反應室降溫充入氮氣并將反應室升壓，其中:該方法包括的步驟是:
一、生長前對MOCVD反應室烘烤、清洗；
二、將InP(如磷化銦)襯底I片在低壓MOCVD反應室的基座上；
三、MOCVD反應室壓力設置在20mbar至IOOmbar之間進行高溫生長，同時采用PH3砷烷作為反應及保護氣體，而金屬有機物MO源為TMIn (如三甲基銦)、TMGa (如三甲基鎵)或TEGa (如三乙基鎵)、P型摻雜源DMZn (如二甲基鋅)或DEZn (如二乙基鋅)采用氫氣作為載氣帶入反應室，其生長在550-750°C之間；金屬有機物MO源為TMIn (如三甲基銦)、TMGa(如三甲基鎵)或TEGa (三乙基鎵)與PH3及AsH3在生長溫度中分解并發生有機化學反應，形成包含U型層3元素或η型層4元素的化合物的半導體層，最終完成對多量子阱5結構材料的外延生長工藝； 四、生長完畢，關閉載氣:金屬有機物和保護氣體將反應室降溫，充入氮氣并將反應室升壓，以及
五、將晶片從反應室中取出，即完成外延工藝。
[0008]在本發明實施例中，外延生長P型摻雜源是DMZn (如二甲基鋅)或DEZn (如二乙基鋅)的金屬有機物MO源，其摻雜濃度為IO17Cm3~1018cm3。
[0009]在本發明實施例中，多周期量子阱數目較多，其量子阱的數目i為6<i〈ll。
[0010]在本發明實施例中，量子阱的組成部為未摻雜的(0〈xl< 1，0〈yl<l)，應變為壓應變，壓應變大小在+8800~llOOOppm，其中:量子壘層為調制摻雜結構，應變為張應變，其量子壘.層張應變量為一 4500~-5800ppm,即在量子魚層中間部份材料進行摻雜，魚的組成為未摻雜+P型摻雜+未摻雜三部分組成，其中(0〈x2 ( I, 0〈y2 ( I),摻雜厚度占整個壘層材料60%以上。
[0011]本發明與現有技術相比，其有益的效果是:1.不擴散污染；2.工藝過程容易控制且能保證精確控制；3.生產周期短；4.穩定性強。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是外延結構示意圖。
[0013]圖2是外延生長調制作摻雜示意圖。
[0014]圖3是完成后的外延片進行器件制作結果圖。
[0015]圖1中簡要標記說明:襯底1、過渡層2、U —型層3、n_型層4、多量子阱5、量子阱51、量子壘52、P-型層6。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0017]請參閱圖1并結合參閱圖2所示，先在MOCVD反應腔中將襯底I在740°C進行烘烤，除去襯I底表面異物。在630°C沉積0.5um緩沖層(buffer)，依次再生長5(Tl00nm外波導層3’，完后再生長量子阱51的數目i為P-型層6≤i〈ll的多量子阱5結構，其中量子阱51的組成部為未摻雜的(0〈xl ( l,0<yl ( I),量子壘52層為調制摻雜結構，量子壘52的組成為未摻雜+P型6摻雜+未摻雜三部分組成，其中(0〈x2 ( I, 0〈y2 ^ I),摻雜厚度占整個量子壘層材料60%以上，摻雜濃度為1017cm3~1018cm3，完成多量子阱5組合生長后，再生長5(Tl(K)nm外波導層6’，最后生長P型層6。
[0018]壓應變量的量子阱51層材料及多周期結構，在多量子阱5材料結構設計中加大量子阱51層材料壓應變到+8800~lOOOOppm，量子壘52層材料進行P型摻雜。
[0019]通過采用大的壓應變能降低俄歇復合，帶間吸收，可以達到改善器件高溫特性的作用，通過量子壘52層材料進行P型摻雜，在相對于未調制摻雜的InGaAsP外延制成的芯片速度上有很大的提升。采用P型調制摻雜進一步導致微分增益增加和弛豫振蕩頻率提高近4倍左右，其馳豫振蕩頻率達到30GHz，是普通激光器的5倍，線寬增強因子可以抑制到普通不摻雜量子阱51激光器的1/4。
[0020]制作完成后的外延片進行老化篩選測試:
未鍍膜老化條件:100°C、100mA、48h，老化通過的條件為24h老化后的常溫測試
IΛ Ith I ≤10%(T=25°C )。
[0021]鍍膜后的老化條件:1001:、100^、3611，常溫下測試I Λ Ith I ≤ 1mA，I APf 10%,器件指標如圖3所示。
[0022]綜上所述，僅為本發明之較佳實施例，不以此限定本發明的保護范圍，凡依本發明專利范圍及說明書內容所 作的等效變化與修飾，皆為本發明專利涵蓋的范圍之內。
【權利要求】
1.一種調制摻雜型多周期應變補償量子阱外延生長方法，包括的步驟是:(一)生長前對MOCVD反應室烘烤、清洗；(二)將InP襯底片在低壓MOCVD反應室的基座上；(三)MOCVD反應室壓力設置在20mbar至IOOmbar之間，同時采用PH3砷烷作為反應及保護氣體，金屬有機物MO源為TMIn和TMGa或TEGa、P型摻雜源DMZn或DEZn采用氫氣載氣帶入反應室，生長在550-750 °C之間，其中金屬有機物MO源與PH3及AsH3在生長溫度中分解并發生有機化學反應，形成包含U型層元素或η型層元素的化合物的半導體層，藉此完成多量子阱結構材料的外延生長；(四)關閉載氣，金屬有機物和保護氣體將反應室降溫，充入氮氣并將反應室升壓，以及將晶片從反應室中取出。
2.如權利要求1所述的調制摻雜型多周期應變補償量子阱外延生長方法，其特征在于:所述的P型摻雜源是金屬有機物MO源為DMZn或DEZn的，摻雜濃度為IO17Cm3~1018cm3。
3.如權利要求1所述的調制摻雜型多周期應變補償量子阱外延生長方法，其特征在于:所述的量子阱的數目i為6≤i〈ll。
4.如權利要求1所述的調制摻雜型多周期應變補償量子阱外延生長方法，其特征在于:所述的量子阱的組成部為未摻雜的(0〈xl ( I, 0<yl ( 1)，其量子阱應變為壓應變。
5.如權利要求4所述的調制摻雜型多周期應變補償量子阱外延生長方法，其特征在于:所述的壓應變大小在+8800~llOOOppm。
6.如權利要求1所述的調制摻雜型多周期應變補償量子阱外延生長方法，其特征在于:所述的量子壘層為調制摻雜結構，其量子壘應變為張應變。
7.如權利要求6所述的調制摻雜型多周期應變補償量子阱外延生長方法，其特征在于:所述的張應變量為一 4500~-5800ppm。
8.如權利要求6所述的調制摻雜型多周期應變補償量子阱外延生長方法，其特征在于:所述的量子壘層其中間部份材料進行摻雜。
9.如權利要求8所述的調制摻雜型多周期應變補償量子阱外延生長方法，其特征在于:所述的量子壘為未摻雜+P型摻雜+未摻雜三部分組成，其中(0〈x2< 1，0〈y2< 1)，摻雜厚度占整個壘層材料60%以上。
【文檔編號】H01S5/343GK103715606SQ201310697178
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月18日 優先權日:2013年12月18日
【發明者】吳瑞華, 劉建軍, 唐琦 申請人:武漢華工正源光子技術有限公司