InGaAsP/GaAs量子阱半导体激光器外延生长研究

作     者：刘伟超 

作者单位：长春理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王海珠

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：金属有机化学气相沉积 多量子阱 InGaAs/InGaAsP/InGaP InGaP掺杂 

摘      要：半导体激光器因其优越的工作性能和广泛的应用场景,近年来市场需求快速增长,行业发展速度加快。InGaAs/InGaAs P/InGaP材料体系因可解决InGaAs/Ga As/Al Ga As材料体系中Al Ga As氧化导致的器件性能下降问题,得到了人们的关注。针对Ga As基InGaAs P和InGaP材料外延生长较为困难的问题,本文开展了InGaAs/InGaAs P/InGaP量子阱半导体激光器的外延生长研究。利用金属有机化合物气相沉积(MOCVD)技术,通过优化生长参数和生长方法,实现InGaAs/InGaAs P/InGaP体系外延材料生长质量的提升,并对其中蕴含的科学问题进行深入研究。为了在Ga As衬底上生长出高质量InGaAs P材料,利用InGaAs和Ga As P材料分别标定InGaAs P中的Ⅲ族组分和Ⅴ族组分。通过在Ga As缓冲层和InGaAs P层中插入低温InGaP缓冲层来获得高质量的InGaAs P材料。为了探究生长温度和Ⅴ族气相比对InGaAs P材料的影响,分别在600℃和650℃下按照一定的气相PH/(PH+As H)比生长InGaAs P材料,通过光致发光(PL)和X射线衍射(XRD)测试来探究InGaAs P材料固相中P含量随生长参数的变化情况。为了提高InGaAs/InGaAs P多量子阱的生长质量,采用Ga As插入层以及残余Ⅴ族源疏散方法实现对InGaAs/InGaAs P量子阱中As/P交替现象和Ⅴ族记忆效应的抑制。并通过PL、原子力(AFM)和XRD测试表征在不同插入层厚度下InGaAs/InGaAs P多量子阱的发光强度、表面质量和结晶质量的变化情况。通过改变InGaAs阱层的Ⅴ/Ⅲ比和生长温度来优化多量子阱材料的发光性能,生长出高质量的有源区结构。为了提高半导体激光器的电学性能,利用硅烷(Si H)和二乙基锌(DEZn)掺杂剂,分别对InGaP限制层材料进行N型和P型掺杂。通过改变掺杂源流量提高InGaP的载流子浓度。通过优化Ⅴ/Ⅲ比提高材料的载流子迁移率。并对掺杂样品进行室温PL测试,探究生长参数变化对InGaP发光特性的影响。最后对本征和P型InGaP进行低温PL测试,探究引入DEZn对InGaP发光特性和有序度影响。随着半导体应用领域的不断扩展,生长出高质量的外延芯片对提高半导体器件的性能具有重要的现实意义。