砷化镓基1.5微米量子阱结构及其外延生长方法技术

一种砷化镓基１．５微米量子阱结构，该结构为多层结构，其特征在于，包括：一ＧａＡｓ过渡层；一第一ＧａＡｓ势垒层，该第一ＧａＡｓ势垒层制作在ＧａＡｓ过渡层上；一第一ＧａＮＡｓ势垒层，该第一ＧａＮＡｓ势垒层制作在第一ＧａＡｓ势垒层上；一ＧａＩｎＮＡｓＳｂ量子阱层，该ＧａＩｎＮＡｓＳｂ量子阱层制作在第一ＧａＮＡｓ势垒层上；一第二ＧａＮＡｓ势垒层，该第二ＧａＮＡｓ势垒层制作在ＧａＩｎＮＡｓＳｂ量子阱层上；一第ＧａＡｓ势垒层，该第二ＧａＡｓ势垒层制作在第二ＧａＮＡｓ势垒层上；一ＧａＡｓ覆盖层，该ＧａＡｓ覆盖层制作在第二ＧａＡｓ势垒层上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发光波长在1.5微米波段的镓铟氮砷锑(GaInNAsSb)/镓氮砷(GaNAs)/砷化镓(GaAs)量子阱结构及其外延生长方法，特别是指一种。
技术介绍
砷化镓基1.5微米量子阱结构是制作1.5微米半导体激光器的基本结构，1.5微米半导体激光器是干线光纤通讯系统中核心光器件。目前商用产品是铟镓砷磷(InGaAsP)/磷化铟(InP)激光器，由于InGaAsP和InP的折射率差异甚小，对有源区载流子的限制不足，导致激光器温度稳定性不好，最大特征温度仅70K左右。同时用InGaAsP/InP材料难以制备垂直腔面发射类型的激光器。因此研究新型GaAs基近红外发光材料是目前光电子研发领域的重要课题。自发现GaInNAs量子阱材料具有长波长发光特性以来，1.5微米GaAs基量子阱材料成为长波长激光器重要研究热点。其优越性在于这种量子阱体系可以提高器件的温度特性、降低功耗，同时可使用对有源区载流子限制更强的铝镓砷(AlGaAs)作为包裹层和波导层，使器件结构设计更灵活。还与GaAs基微电子器件工艺相兼容，易于制备垂直腔面发射激光器。目前如何获得即具有高发光效率和强度、同时又能拓展其发光波长至1.5微米波段的GaAs基量子阱材料是制备激光器、探测器等各种器件的必要前提条件。如何设计量子阱结构、优化生长参数等成为核心技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出了一种，可以大幅度提高发光强度，并实现用这种量子阱结构作有源层的激光器室温连续激射。本专利技术一种砷化镓基1.5微米量子阱结构，该结构为多层结构，其特征在于，包括一GaAs过渡层；一第一GaAs势垒层，该第一GaAs势垒层制作在GaAs过渡层上；一第一GaNAs势垒层，该第一GaNAs势垒层制作在第一GaAs势垒层上；一GaInNAsSb量子阱层，该GaInNAsSb量子阱层制作在第一GaNAs势垒层上；一第二GaNAs势垒层，该第二GaNAs势垒层制作在GaInNAsSb量子阱层上；一第二GaAs势垒层，该第二GaAs势垒层制作在第二GaNAs势垒层上；一GaAs覆盖层，该GaAs覆盖层制作在第二GaAs势垒层上。其中该GaAs过渡层的厚度为300纳米。其中该第一GaAs势垒层的厚度为50纳米。其中该第一GaNAs势垒层的厚度为20纳米。其中该GaInNAsSb量子阱的厚度为7纳米。其中该第二GaNAs势垒层的厚度20纳米。其中该第二个GaAs势垒层的厚度为50纳米。其中该GaAs覆盖层的厚度为100纳米。本专利技术一种砷化镓基1.5微米量子阱结构的外延生长方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1先生长GaAs过渡层，然后降低生长温度后在GaAs过渡层上生长第一GaAs势垒层；步骤2在第一GaAs势垒层上生长第一GaNAs势垒层，然后生长GaInNAsSb量子阱层，再覆盖生长第二GaNAs势垒层；步骤3在第二GaNAs势垒层上生长第二GaAs势垒层和GaAs覆盖层；步骤4退火处理，完成器件的制作。其中该GaAs过渡层的厚度为300纳米。其中该第一GaAs势垒层的厚度为50纳米。其中该第一GaNAs势垒层的厚度为20纳米。其中该GaInNAsSb量子阱的厚度为7纳米。其中该第二GaNAs势垒层的厚度20纳米。其中该第二个GaAs势垒层的厚度为50纳米。其中该GaAs覆盖层的厚度为100纳米。其中所述的退火处理，是指要通过先升温后降低温度来实施对量子阱的退火处理。附图说明本专利技术分为量子阱结构设计和分子束外延生长方法，以及一个量子阱激光器的实施例，包含结构设计及分子束外延生长技术。下面结合附图详述本专利技术，其中图1是量子阱结构(层状)图；图2是量子阱激光器结构(层状)图；图3是量子阱室温光荧光(PL)谱图；图4是量子阱激光器注入电流输出功率(I-P)和电流电压(I-V)特性曲线图； 图5是量子阱激射谱线图。具体实施例方式请参阅图1所示，本专利技术一种砷化镓基1.5微米量子阱结构10，该结构为多层结构，包括一GaAs过渡层11，该GaAs过渡层11的厚度为300纳米，此GaAs过度层11，起到平整衬底损伤、平滑表面的作用；一第一GaAs势垒层12，该第一GaAs势垒层12制作在GaAs过渡层11上，该第一GaAs势垒层12的厚度为50纳米，此第一GaAs势垒层12形成下面两层的能量势垒的一个面；一第一GaNAs势垒层13，该第一GaNAs势垒层13制作在第一GaAs势垒层12上，该第一GaNAs势垒层13的厚度为20纳米，此第一GaNAs势垒层13构成下一层量子阱的一个势垒带阶过度；一GaInNAsSb量子阱层14，该GaInNAsSb量子阱层14制作在第一GaNAs势垒层13上，该GaInNAsSb量子阱14的厚度为7纳米，此GaInNAsSb量子阱层14为最核心的量子阱层；一第二GaNAs势垒层15，该第二GaNAs势垒层15制作在GaInNAsSb量子阱层14上，该第二GaNAs势垒层15的厚度20纳米，此第二GaNAs势垒层15对称于第一GaNAs层，构成量子阱层的另一侧势垒带阶过度；一第二GaAs势垒层16，该第二GaAs势垒层16制作在第二GaNAs势垒层15上，该第二个GaAs势垒层16的厚度为50纳米，此第二GaAs势垒层16为第一GaAs势垒层的对称势垒层；一GaAs覆盖层17，该GaAs覆盖层17制作在第二GaAs势垒层16上，该GaAs覆盖层17的厚度为100纳米，此GaAs覆盖层17为隔离保护层。请再结合参阅图1所示，本专利技术一种砷化镓基1.5微米量子阱结构的外延生长方法，包括如下步骤步骤1先生长GaAs过渡层11，然后降低生长温度后在GaAs过渡层11上生长第一GaAs势垒层12，该GaAs过渡层11的厚度为300纳米，该第一GaAs势垒层12的厚度为50纳米；步骤2在第一GaAs势垒层12上生长第一GaNAs势垒层13，然后生长GaInNAsSb量子阱层14，再覆盖生长第二GaNAs势垒层15，该第一GaNAs势垒层13的厚度为20纳米，该GaInNAsSb量子阱14的厚度为7纳米，该第二GaNAs势垒层15的厚度20纳米；步骤3在第二GaNAs势垒层15上生长第二GaAs势垒层16和GaAs覆盖层17，该第二个GaAs势垒层16的厚度为50纳米，该GaAs覆盖层17的厚度为100纳米； 步骤4退火处理，所述的退火处理，是指要通过先升温后降低温度来实施对量子阱的退火处理，完成器件的制作。实施例本专利技术砷化镓基1.5微米量子阱层状结构及分子束外延方法，如图1所示，文字说明如下GaAs过渡层11的厚度为300纳米。在GaAs过度层11上是第一GaAs势垒层12，厚度为50纳米。在第一GaAs势垒层12上是第一GaNAs势垒层13，厚度为20纳米。在第一GaNAs势垒层13上是GaInNAsSb量子阱层14，厚度为7纳米。在GaInNAsSb量子阱层14上是第二GaNAs势垒层15，厚度为20纳米。在第二GaNAs势垒层15上是第二个GaAs势垒层16，厚度为50纳米。在第二GaAs势垒层16上是GaAs覆盖层17，厚度为100纳米。表1量子阱结构及其分子束外延生长技术参数 此表按照量子阱层状结构，阐明了每一层的厚度、所含元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种砷化镓基１．５微米量子阱结构，该结构为多层结构，其特征在于，包括：一ＧａＡｓ过渡层；一第一ＧａＡｓ势垒层，该第一ＧａＡｓ势垒层制作在ＧａＡｓ过渡层上；一第一ＧａＮＡｓ势垒层，该第一ＧａＮＡｓ势垒层制作在第一ＧａＡｓ势垒层上；一ＧａＩｎＮＡｓＳｂ量子阱层，该ＧａＩｎＮＡｓＳｂ量子阱层制作在第一ＧａＮＡｓ势垒层上；一第二ＧａＮＡｓ势垒层，该第二ＧａＮＡｓ势垒层制作在ＧａＩｎＮＡｓＳｂ量子阱层上；一第二ＧａＡｓ势垒层，该第二ＧａＡｓ势垒层制作在第二ＧａＮＡｓ势垒层上；一ＧａＡｓ覆盖层，该ＧａＡｓ覆盖层制作在第二ＧａＡｓ势垒层上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：牛智川，倪海桥，韩勤，张石勇，吴东海，赵欢，杨晓红，彭红玲，周志强，熊永华，吴荣汉，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[]