一种半导体外延结构及其生长方法技术

本申请涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体外延结构及其生长方法。所述半导体外延结构包括：半导体衬底层；位于所述半导体衬底层上的下波导层；位于所述下波导层上的有源区，所述有源区包括铟镓铝砷量子阱层和势垒层，所述势垒层位于所述量子阱层的两侧，所述势垒层为砷化镓、铝镓砷或镓砷磷中的一种或多种组合；位于所述有源区上的上波导层。本申请避免有源区在高温下铟偏析，提高了激光器的稳定性。定性。定性。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体外延结构及其生长方法


[0001]本申请涉及半导体
，具体涉及一种半导体外延结构及其生长方法。

技术介绍

[0002]半导体激光器具有体积小、重量轻、可靠性高、使用寿命长、功耗低等优点，近些年在工业、农业、军事等领域都得到了广泛的研究和应用，其中近红外波段更是研究的重点。在近红外的940nm
‑
1100nm波段，对于砷化镓（GaAs）基半导体激光器来说，需要采用铟镓砷（InGaAs）应变量子阱得以实现。
[0003]由于高温情况下铟镓砷材料存在铟的偏析、脱附和铟
‑
镓互混等行为，所以在铟镓砷应变量子阱系列激光器外延生长多采用低温生长有源区，但低温生长时铟镓砷量子阱引入的碳沾污及铝镓砷（AlGaAs）势垒层引入的铝暗线等缺陷，会导致激光器性能的下降。此外，由于铝镓砷系列波导层/限制层需要高温生长提高晶体质量以得到更长的使用寿命，导致有源区和铝镓砷波导层之间存在一个升降温过程，在有源区到铝镓砷波导层的升温段，铟镓砷量子阱中的铟会在界面出现偏析导致量子阱中的铟分布不均，进而导致激光器性能下降。

技术实现思路

[0004]因此，本申请要解决的技术问题在于克服现有砷化镓（GaAs）基半导体激光器的铟镓砷应变量子阱在高温下不稳定的缺陷，进而提供一种半导体外延结构及其生长方法。
[0005]本申请提供一种半导体外延结构，包括：半导体衬底层；位于所述半导体衬底层上的下波导层；位于所述下波导层上的有源区，所述有源区包括铟镓铝砷量子阱层和势垒层，所述势垒层位于所述量子阱层的两侧，所述势垒层为砷化镓、铝镓砷或镓砷磷中的一种或多种组合；位于所述有源区上的上波导层。
[0006]可选的，所述铟镓铝砷量子阱层的材料为In
b
（Ga1‑
a
Al
a
）1‑
b
As，其中0<a<0.2，0<b<0.35。
[0007]可选的，所述有源区包括N个铟镓铝砷量子阱层和N+1个势垒层，其中N为大于或等于1的整数。
[0008]可选的，还包括：位于所述半导体衬底层和所述下波导层之间的第一导电类型缓冲层和第一导电类型限制层，所述第一导电类型缓冲层位于所述半导体衬底层和所述第一导电类型限制层之间；位于所述上波导层上的第二导电类型限制层；位于所述第二导电类型限制层上的欧姆接触层。
[0009]可选的，所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型；或者，所述第一导电类型为P型，所述第二导电类型为N型。
[0010]可选的，所述第一导电类型限制层包括N型铝镓砷限制层，所述第二导电类型限制层包括P型铝镓砷限制层。
[0011]本申请提供一种半导体外延结构的生长方法，包括：提供半导体衬底层；在所述半
导体衬底层上生长下波导层；在所述下波导层上生长有源区，所述有源区包括铟镓铝砷量子阱层和势垒层，所述势垒层位于所述量子阱层的两侧，所述势垒层为砷化镓、铝镓砷或镓砷磷中的一种或多种组合；在所述有源区上生长上波导层。
[0012]可选的，在所述半导体衬底层上生长下波导层的步骤之前，还包括：在所述半导体衬底层上生长第一导电类型缓冲层；在所述第一导电类型缓冲层上生长第一导电类型限制层；在所述有源区上生长上波导层的步骤之后，还包括：在所述上波导层上生长第二导电类型限制层；在所述第二导电类型限制层上生长欧姆接触层。
[0013]可选的，采用金属有机化学气相沉积工艺依次生长各结构层，其中反应室压力为50mbar
‑
150mbar，以氢气为载气，以三甲基镓或三乙基镓为镓源，以三甲基铝为铝源，以三甲基铟为铟源，以砷烷为反应源气体，以乙硅烷或硅烷为N型掺杂源，以四溴化碳、二甲基锌或二茂镁为P型掺杂源进行生长。
[0014]可选的，金属有机化学气相沉积工艺的反应温度为650℃
‑
850℃。
[0015]本申请技术方案，具有如下优点：本申请的半导体外延结构的生长方法在铟镓砷应变量子阱层中引入铝掺杂形成铟镓铝砷量子阱层可以提升整个III族元素（铝、镓或铟）与V族元素（砷）之间的键能，避免高温下III
‑
V键断裂从而导致砷与反应腔室内的氢离子复合后导致的铟偏析。同时根据不同的铟镓铝砷量子阱的应力搭配使用砷化镓、铝镓砷或镓砷磷中的一种或多种组合作为势垒层材料，进行应力补偿，得到更好的载流子限制，提升内量子效率，提高激光器性能。这是由于铝镓砷相比于镓砷磷具有更大的禁带宽度，因此铝镓砷势垒层就比镓砷磷势垒层具有更好的对载流子的限制效果，提升了复合效率也即提升内量子效率。
[0016]本申请的半导体外延结构的生长方法可以全过程在高温下生长半导体外延结构，得到了更好的晶体质量，同时有源区的碳沾污和铝暗线现象也会得到有效降低，从而获得更好的光学性能和更高的使用寿命。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本申请一个实施例的半导体外延结构的剖面示意图；图2为本申请另一个实施例的有源区的剖面示意图；图3为本申请另一个实施例的半导体外延结构的剖面示意图；图4为本申请实施例2的半导体外延结构的生长方法的流程示意图。
[0019]附图标记说明：1
‑
半导体衬底层；21
‑
下波导层；22
‑
上波导层；3
‑
有源区；31
‑
量子阱层；32
‑
势垒层；4
‑
第一导电类型缓冲层；51
‑
第一导电类型限制层；52
‑
第二导电类型限制层；6
‑
欧姆接触层。
具体实施方式
[0020]下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0021]在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0022]在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体外延结构，其特征在于，包括：半导体衬底层；位于所述半导体衬底层上的下波导层；位于所述下波导层上的有源区，所述有源区包括铟镓铝砷量子阱层和势垒层，所述势垒层位于所述量子阱层的两侧，所述势垒层为砷化镓、铝镓砷或镓砷磷中的一种或多种组合；位于所述有源区上的上波导层。2.根据权利要求1所述的半导体外延结构，其特征在于，所述铟镓铝砷量子阱层的材料为In
b
（Ga1‑
a
Al
a
）1‑
b
As，其中0<a<0.2，0<b<0.35。3.根据权利要求1所述的半导体外延结构，其特征在于，所述有源区包括N个铟镓铝砷量子阱层和N+1个势垒层，其中N为大于或等于1的整数。4.根据权利要求1所述的半导体外延结构，其特征在于，还包括：位于所述半导体衬底层和所述下波导层之间的第一导电类型缓冲层和第一导电类型限制层，所述第一导电类型缓冲层位于所述半导体衬底层和所述第一导电类型限制层之间；位于所述上波导层上的第二导电类型限制层；位于所述第二导电类型限制层上的欧姆接触层。5.根据权利要求4所述的半导体外延结构，其特征在于，所述第一导电类型为N型，所述第二导电类型为P型；或者，所述第一导电类型为P型，所述第二导电类型为N型。6.根据权利要求4所述的半导体外延结构，其特征在于，所述第一导...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭银涛，王俊，程洋，肖啸，夏明月，方砚涵，
申请(专利权)人：苏州长光华芯半导体激光创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：