一种调制掺杂型多周期应变补偿量子阱外延生长方法
【专利摘要】本发明提供一种调制掺杂型多周期应变补偿量子阱外延生长方法，包括的步骤是生长前对MOCVD反应室烘烤与清洗；将InP衬底片在低压MOCVD反应室；该MOCVD反应室压力设置在20mbar至100mbar之间，采用PH3砷烷作为反应及保护气体，金属有机物MO源为TMIn和TMGa或TEGa、P型掺杂源DMZn或DEZn采用氢气载气带入反应室，生长在550-750℃之间，藉此完成多量子阱结构材料的外延生长；关闭载气，金属有机物和保护气体将反应室降温，充入氮气并将反应室升压，以及将晶片从反应室中取出，藉由前述步骤，实现了该量子阱外延生长方法，从而达成了环保、简易、缩短生产周期以及产品稳定性强的良好效果。
【专利说明】一种调制掺杂型多周期应变补偿量子阱外延生长方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电【技术领域】，尤其是指提供一种调制掺杂型多周期应变补偿量子阱外延生长方法。
【背景技术】
[0002]半导体激光器从最初的低温25°C运转发展到室温下连续工作，现在发展到在高温85°C连续工作，其半导体激光器有源区从同质结发展成单异质结、双异质结、量子阱(单、多量子阱)等多种形式；归根到底是提高半导体有源层材料的外量子效率及内量子效率和转换效率.因此通过优化有源区量子阱结构可以提高外量子效率，延长载流子寿命的时间可以减小激光器阈值电流密度，从而提高有源层材料的特征温度以及有源区量子阱的外量子效率、内量子效率和转换效率高的张弛振荡频率，即量子阱结构可设计为多周期量子阱结构、大压应变阱层材料、垒层材料进行掺杂。
[0003]通过加大量子阱阱层材料的压应变能降低俄歇复合、带间吸收，从而达到改善器件高温特性的作用，同时功率也会相应提高。由于加大量子阱有源区阱层材料应变后，高失配引起的应力容易造成晶格驰豫，由二维生长变为三维生长，铟原子易迁移形成富In的“小岛”，高质量的量子阱要求二维生长，这是因为三维生长会造成很多缺陷，影响量子阱的发光效率。
[0004]但是由于量子阱有源区中阱层材料应变加大及多周期累加，其量子阱有源区整体应变进一步加上，给大应变、多周期量子阱材料外延生长质量带来了困难。
[0005]提闻有源区材料的外延质量，减少各种缺陷和杂质的浓度是提闻内量子效率的最佳途径，因此有源层材料的质量好坏最为关键。
【发明内容】
[0006]为解决上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种调制掺杂型多周期应变补偿量子阱外延生长方法，该方法广泛应用于改进光通讯、CATV系统、光电技术中光发射器件芯片高温特性的外延生长技术方法。
[0007]为达成上述目的，本发明应该的技术方案是:一种调制掺杂型多周期应变补偿量子阱外延生长方法，包括生长前对MOCVD反应室烘烤与清洗，将磷化铟衬底片在MOCVD反应室上，MOCVD反应室压力设置，将反应室降温充入氮气并将反应室升压，其中:该方法包括的步骤是:
一、生长前对MOCVD反应室烘烤、清洗；
二、将InP(如磷化铟)衬底I片在低压MOCVD反应室的基座上；
三、MOCVD反应室压力设置在20mbar至IOOmbar之间进行高温生长，同时采用PH3砷烷作为反应及保护气体，而金属有机物MO源为TMIn (如三甲基铟)、TMGa (如三甲基镓)或TEGa (如三乙基镓)、P型掺杂源DMZn (如二甲基锌)或DEZn (如二乙基锌)采用氢气作为载气带入反应室，其生长在550-750°C之间；金属有机物MO源为TMIn (如三甲基铟)、TMGa(如三甲基镓)或TEGa (三乙基镓)与PH3及AsH3在生长温度中分解并发生有机化学反应，形成包含U型层3元素或η型层4元素的化合物的半导体层，最终完成对多量子阱5结构材料的外延生长工艺； 四、生长完毕，关闭载气:金属有机物和保护气体将反应室降温，充入氮气并将反应室升压，以及
五、将晶片从反应室中取出，即完成外延工艺。
[0008]在本发明实施例中，外延生长P型掺杂源是DMZn (如二甲基锌)或DEZn (如二乙基锌)的金属有机物MO源，其掺杂浓度为IO17Cm3~1018cm3。
[0009]在本发明实施例中，多周期量子阱数目较多，其量子阱的数目i为6<i〈ll。
[0010]在本发明实施例中，量子阱的组成部为未掺杂的(0〈xl< 1，0〈yl<l)，应变为压应变，压应变大小在+8800~llOOOppm，其中:量子垒层为调制掺杂结构，应变为张应变，其量子垒.层张应变量为一 4500~-5800ppm,即在量子鱼层中间部份材料进行掺杂，鱼的组成为未掺杂+P型掺杂+未掺杂三部分组成，其中(0〈x2 ( I, 0〈y2 ( I),掺杂厚度占整个垒层材料60%以上。
[0011]本发明与现有技术相比，其有益的效果是:1.不扩散污染；2.工艺过程容易控制且能保证精确控制；3.生产周期短；4.稳定性强。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是外延结构示意图。
[0013]图2是外延生长调制作掺杂示意图。
[0014]图3是完成后的外延片进行器件制作结果图。
[0015]图1中简要标记说明:衬底1、过渡层2、U —型层3、n_型层4、多量子阱5、量子阱51、量子垒52、P-型层6。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0017]请参阅图1并结合参阅图2所示，先在MOCVD反应腔中将衬底I在740°C进行烘烤，除去衬I底表面异物。在630°C沉积0.5um缓冲层(buffer)，依次再生长5(Tl00nm外波导层3’，完后再生长量子阱51的数目i为P-型层6≤i〈ll的多量子阱5结构，其中量子阱51的组成部为未掺杂的(0〈xl ( l,0<yl ( I),量子垒52层为调制掺杂结构，量子垒52的组成为未掺杂+P型6掺杂+未掺杂三部分组成，其中(0〈x2 ( I, 0〈y2 ^ I),掺杂厚度占整个量子垒层材料60%以上，掺杂浓度为1017cm3~1018cm3，完成多量子阱5组合生长后，再生长5(Tl(K)nm外波导层6’，最后生长P型层6。
[0018]压应变量的量子阱51层材料及多周期结构，在多量子阱5材料结构设计中加大量子阱51层材料压应变到+8800~lOOOOppm，量子垒52层材料进行P型掺杂。
[0019]通过采用大的压应变能降低俄歇复合，带间吸收，可以达到改善器件高温特性的作用，通过量子垒52层材料进行P型掺杂，在相对于未调制掺杂的InGaAsP外延制成的芯片速度上有很大的提升。采用P型调制掺杂进一步导致微分增益增加和弛豫振荡频率提高近4倍左右，其驰豫振荡频率达到30GHz，是普通激光器的5倍，线宽增强因子可以抑制到普通不掺杂量子阱51激光器的1/4。
[0020]制作完成后的外延片进行老化筛选测试:
未镀膜老化条件:100°C、100mA、48h，老化通过的条件为24h老化后的常温测试
IΛ Ith I ≤10%(T=25°C )。
[0021]镀膜后的老化条件:1001:、100^、3611，常温下测试I Λ Ith I ≤ 1mA，I APf 10%,器件指标如图3所示。
[0022]综上所述，仅为本发明之较佳实施例，不以此限定本发明的保护范围，凡依本发明专利范围及说明书内容所 作的等效变化与修饰，皆为本发明专利涵盖的范围之内。
【权利要求】
1.一种调制掺杂型多周期应变补偿量子阱外延生长方法，包括的步骤是:(一)生长前对MOCVD反应室烘烤、清洗；(二)将InP衬底片在低压MOCVD反应室的基座上；(三)MOCVD反应室压力设置在20mbar至IOOmbar之间，同时采用PH3砷烷作为反应及保护气体，金属有机物MO源为TMIn和TMGa或TEGa、P型掺杂源DMZn或DEZn采用氢气载气带入反应室，生长在550-750 °C之间，其中金属有机物MO源与PH3及AsH3在生长温度中分解并发生有机化学反应，形成包含U型层元素或η型层元素的化合物的半导体层，藉此完成多量子阱结构材料的外延生长；(四)关闭载气，金属有机物和保护气体将反应室降温，充入氮气并将反应室升压，以及将晶片从反应室中取出。
2.如权利要求1所述的调制掺杂型多周期应变补偿量子阱外延生长方法，其特征在于:所述的P型掺杂源是金属有机物MO源为DMZn或DEZn的，掺杂浓度为IO17Cm3~1018cm3。
3.如权利要求1所述的调制掺杂型多周期应变补偿量子阱外延生长方法，其特征在于:所述的量子阱的数目i为6≤i〈ll。
4.如权利要求1所述的调制掺杂型多周期应变补偿量子阱外延生长方法，其特征在于:所述的量子阱的组成部为未掺杂的(0〈xl ( I, 0<yl ( 1)，其量子阱应变为压应变。
5.如权利要求4所述的调制掺杂型多周期应变补偿量子阱外延生长方法，其特征在于:所述的压应变大小在+8800~llOOOppm。
6.如权利要求1所述的调制掺杂型多周期应变补偿量子阱外延生长方法，其特征在于:所述的量子垒层为调制掺杂结构，其量子垒应变为张应变。
7.如权利要求6所述的调制掺杂型多周期应变补偿量子阱外延生长方法，其特征在于:所述的张应变量为一 4500~-5800ppm。
8.如权利要求6所述的调制掺杂型多周期应变补偿量子阱外延生长方法，其特征在于:所述的量子垒层其中间部份材料进行掺杂。
9.如权利要求8所述的调制掺杂型多周期应变补偿量子阱外延生长方法，其特征在于:所述的量子垒为未掺杂+P型掺杂+未掺杂三部分组成，其中(0〈x2< 1，0〈y2< 1)，掺杂厚度占整个垒层材料60%以上。
【文档编号】H01S5/343GK103715606SQ201310697178
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月18日 优先权日:2013年12月18日
【发明者】吴瑞华, 刘建军, 唐琦 申请人:武汉华工正源光子技术有限公司