无铝1.3μm铟砷/镓砷量子点激光器制造技术

一种无铝１．３μｍ铟砷／镓砷量子点激光器，包括：一基片；一缓冲层，该缓冲层制作在基片上；一下包层，该下包层制作在缓冲层上；一下波导层，该下波导层制作在下包层上；一量子点有源区，该量子点有源区制作在下波导层上；一上波导层，该上波导层制作在量子点有源区上；一上包层，该上包层在较低温度下制作在上波导层上；一接触层，该接触层制作在上包层上。由于ＩｎＧａＰ可以在较低的生长温度下获得高的的材料质量，包层生长过程中量子点发光的蓝移得到有效的抑制，使得量子点激光器能够在１．３μｍ激射。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种采用金属有机化合物汽相外延(MOCVD)生长的铟砷(InAs)/镓砷(GaAs)量子点(QDs)激光器，特别涉及一种无铝1.3μm铟砷/镓砷量子点激光器。
技术介绍
理论上预测以QDs为有源区的激光器具有高量子效率、低阈值电流和高特征温度等优越性能。近来，在GaAs基片上生长的InAs/GaAs QDs因为可以将激光器发射波长延伸到1.3μm或1.5μm而受到广泛关注。关于用分子束外延(MBE)技术生长的InAS QDs 1.3μm激光器已经有很多的研究并实现室温工作(参见Electron.Lett.，Vol.40，No.22，2004，pp 1412-1413和IEEE Photonics Technol.Lett.，Vol.12，No.6，2000，pp 591-592)。尽管相对于MBE技术，MOCVD技术具有生长速度快适合于批量生产及可以进行选择区域生长便于光电集成等优点，但基于MOCVD技术的InAS QDs激光器的研究相对较少，并且目前只有较少的长波长激射的报道(Appl.Phys.Lett.，Vol.85，No.6，2004，pp 1024-1026)。主要原因是生长通常的高质量铝镓砷(AlGaAs)包层需要较高的温度，这加剧了QDs和盖层(基片)间In、Ga原子的互扩散，导致发光波长蓝移。另外，AlGaAs包层材料容易与氧或炭等杂质发生反应，而且材料有较高的缺陷浓度及表面复合速率，导致器件性能下降。对于长波长激光器的应用，高的特征温度是一个必要的条件。然而，为了延伸QDs激光器的发射波长和解决增益饱和问题，通常在QDs上(下)引入一层铟镓砷(InGaAs)应力缓冲层(应力盖层)。这降低了QDs两侧的限制势垒，使QDs基态和激发态间的能级差减小，导致QDs激光器温度特性变坏。应用InAlAs/InGaAs复合应力缓冲层或复合应力盖层可以在一定程度上解决这个矛盾，但是由于含铝材料的上述缺点，器件应用受到限制。
技术实现思路
为了提高QDs激光器的特征温度并减少包层生长过程中高温引起的器件发射波长的蓝移以实现1.3μm激射，本专利技术的目的在于，提供一种用MOCVD生长无铝1.3μm InAs/GaAs量子点激光器，利用MOCVD技术，采用可在低生长温度获得较好材料质量的InGaP作为复合限制层材料和上下包层材料，生长InAs/GaAs QDs激光器。该激光器可实现QDs激光器1.3μm激射，同时得到较高的器件性能。本专利技术所采用的技术方案是本专利技术一种无铝1.3μm铟砷/镓砷量子点激光器，包括一基片； 一缓冲层，该缓冲层制作在基片上；一下包层，该下包层制作在缓冲层上；一下波导层，该下波导层制作在下包层上；一量子点有源区，该量子点有源区制作在下波导层上；一上波导层，该上波导层制作在量子点有源区上；一上包层，该上包层在较低温度下制作在上波导层上；一接触层，该接触层制作在上包层上。其中有源区由3-5个周期的铟砷量子点构成，该一个周期包括一复合应力缓冲层，该应力缓冲层制作在下波导层上，该应力缓冲层在延伸量子点发射波长的同时提高其载流子限制势垒；一量子点层，该量子点层制作在复合应力缓冲层上；一复合应力盖层，该复合应力盖层制作在量子点层上，该应力盖层可在延伸量子点发射波长的同时提高其载流子限制势垒；一间隔层，该间隔层制作在复合应力盖层上。其中铟砷量子点层沉积厚度为1.4-2.2个原子层，沉积速度为每秒0.022-0.055个原子层。其中镓砷间隔层厚度为20-40纳米。其中有源区外延生长过程中引入铟镓磷/镓砷复合应力缓冲层，复合应力缓冲层中铟镓磷层厚度为2-3nm，以1nm的镓砷与量子点层间隔。其中有源区外延生长过程中引入铟镓磷/铟镓砷复合应力盖层，复合应力盖层外延过程如下，量子点层生长完成后，先生长1nm的铟镓砷，接着生长铟镓磷，最后再生长一层铟镓砷，应力盖层总厚度为5nm。其中激光器结构中引入复合应力缓冲层及应力盖层，其中铟镓磷的成分范围为0.51＜x＜0.53，铟镓砷的成分范围为0.15＜y＜0.3。其中上下包层材料为与镓砷匹配的铟镓磷材料，包层厚度为1.2μm-1.6μm。本专利技术的优点在于1)采用InGaP/GaAs复合应力缓冲层和InGaP/InGaAs复合应力盖层，在延伸QDs发光波长的同时增加了限制势垒，可以显著提高器件特征温度。2)在较低温度下生长上包层可以有效的抑制QDs和周围材料之间In和Ga的互扩散，减少包层生长过程中发光波长的蓝移，可以实现激光器在1.3μm激射。3)相对与要求高温生长的AlGaAs，InGaP可以在较低生长温度下得到高的晶体质量，且具有低的缺陷浓度及表面复合速率，不易与氧及炭等杂质发生反应，有利于器件质量的提高。4)采用InGaP包层材料，器件可以在较低温度生长，减弱了p型掺杂杂质锌向有源区的扩散，有利于器件质量的提高。附图说明为进一步说明本专利技术的内容，以下结合实施例及附图对本专利技术做进一步的描述，其中图1为QDs激光器的外延结构示意图；图2为QDs激光器QDs有源区一个周期的结构示意图； 图3为室温下有源区QDs光致发光(PL)谱图。具体实施例方式请参阅图1及图2所示，本专利技术一种无铝1.3μm铟砷/镓砷量子点激光器，包括一基片10；一 缓冲层20，该缓冲层20制作在基片10上；一下包层30，该下包层30制作在缓冲层20上；一下波导层40，该下波导层40制作在下包层30上；一量子点有源区50，该量子点有源区50制作在下波导层40上；该有源区50由3-5个周期的铟砷量子点构成，该一个周期包括一复合应力缓冲层51，该应力缓冲层51制作在下波导层40上，该复合应力缓冲层51在延伸量子点发射波长的同时提高其载流子限制势垒；一量子点层52，该量子点层52制作在复合应力缓冲层51上，该量子点层52沉积厚度为1.4-2.2个原子层，沉积速度为每秒0.022-0.055个原子层；一复合应力盖层53，该复合应力盖层53制作在量子点层52上，该应力盖层53可在延伸量子点发射波长的同时提高其载流子限制势垒；一间隔层54，该间隔层54制作在复合应力盖层53上，该镓砷间隔层54厚度为20-40纳米；其中有源区50外延生长过程中引入铟镓磷/镓砷复合应力缓冲层51，复合应力缓冲层51中铟镓磷层厚度为2-3nm，以1nm的镓砷与量子点层52间隔；其中有源区50外延生长过程中引入铟镓磷/铟镓砷复合应力盖层53，复合应力盖层53外延过程如下，量子点层52生长完成后，先生长1nm的铟镓砷，接着生长铟镓磷，最后再生长一层铟镓砷，复合应力盖层53总厚度为5nm；一上波导层60，该上波导层60制作在量子点有源区50上；一上包层70，该上包层70在较低温度下制作在上波导层60上；一接触层80，该接触层80制作在上包层70上。其中有源区50外延生长过程中引入铟镓磷/铟镓砷复合应力盖层53，复合应力盖层53外延过程如下，量子点层52生长完成后，先生长1nm的铟镓砷，接着生长厚度为d的铟镓磷，最后再生长一层铟镓砷，复合应力盖层53总厚度为5nm。其中激光器结构中引入复合应力缓冲层51及应力盖层53，其中铟镓磷的成分范围为0.51＜x＜0.53，铟镓砷的成分范围为0.15＜y＜0.3。其中上下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无铝１．３μｍ铟砷／镓砷量子点激光器，其特征在于，包括：一基片；一缓冲层，该缓冲层制作在基片上；一下包层，该下包层制作在缓冲层上；一下波导层，该下波导层制作在下包层上；一量子点有源区，该量子点有源区制作在下波导层上；一上波导层，该上波导层制作在量子点有源区上；一上包层，该上包层在较低温度下制作在上波导层上；一接触层，该接触层制作在上包层上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁松，朱洪亮，
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[中国|北京]