一种具有高均匀性长波长GaAs基大功率激光器外延片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有高均匀性长波长GaAs基大功率激光器外延片及其制备方法，属于光电子技术领域，方法包括利用MOCVD技术在GaAs衬底上由下至上依次生长包括GaAs缓冲层，Al

【技术实现步骤摘要】
一种具有高均匀性长波长GaAs基大功率激光器外延片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种具有高均匀性长波长GaAs基大功率激光器外延片及其制备方法，属于光电子


技术介绍

[0002]大功率半导体激光器近年来在工业生产、激光通讯、激光传感、医疗美容、军事等领域应用越来越广泛。随着对激光器领域的大量研究，半导体激光器的波长由可见光逐步向不可见光发展，输出功率也由几十毫瓦提升至几千瓦，其中长波长大功率激光器的需求如雨后春笋般节节攀升。
[0003]长波长激光器的进步带动了AlGaInAs材料体系的发展，特别是波长在900nm以上的激光器由于波长需求不断提升量子阱中的In含量也随之不断提高。高In量子阱由于In的扩散速度远低于同为III族源的Al和Ga，导致薄膜材料表面粗糙度提升，缺陷数量提高生长质量大幅变差，外延片的波长分布不均匀。当波长升到1000nm以上时该现象尤为严重，量子阱是整个激光器激射的关键，量子阱的生长量将会直接制约激光器的输出功率、转换效率，严重的也会影响激光器的使用寿命，因此寻找一种高均匀性长波长外延片生长方式至关重要。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种具有高均匀性长波长GaAs基大功率激光器外延片及其制备方法。本专利技术利用MOCVD技术在GaAs衬底上生长AlGaAs材料，在GaAs衬底上由下至上依次包括GaAs缓冲层，Al
x1
Ga1‑
x1
As N限制层，Al
x2
Ga1‑
x2
As下波导层，Al
x3
In
y1
Ga1‑
x3
‑
y1
As量子阱层，Al
x4
Ga1‑
x4
As上波导层，Al
x5
Ga1‑
x5
As P限制层，GaAs欧姆接触层。本专利技术采用原子分布的方式进行生长长波长外延片AlGaInAs量子阱，其中III族源(TMAl、TMGa、TMIn)和V族源(AsH3)分离，生长量子阱前停止生长、原子分布方式生长量子阱配合低压生长，生长时采用停止通入AsH3，先通入TMIn，在高温下TMIn先进行裂解，In原子会均匀的吸附在外延层表面，再同时通入TMAl和TMGa，因为Al原子和Ga原子扩散速度基本一致，原子半径也小于In原子，裂解的Al原子和Ga原子会分布在In原子的表面，最后通入AsH3，完成AlGaInAs量子阱的生长，实现了高In含量量子阱高质量波长均匀生长。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种具有高均匀性长波长GaAs基大功率激光器外延片的制备方法，包括以下步骤：
[0007](1).将GaAs衬底放在MOCVD设备生长室内，H2环境升温到740
‑
780℃烘烤20
‑
40分钟，再通入AsH3,反应室压力为50
‑
70mbar，对GaAs基衬底进行高温热处理去除衬底表面水氧，并为步骤(2)做准备；
[0008]根据本专利技术优选的，所述步骤(1)的高温热处理温度为780℃烘烤时间为30分钟，
反应室压力为60mbar；
[0009](2).当反应室温度下降到720
‑
750℃，通入TMGa和AsH3，在GaAs衬底上生长厚度在100
‑
300nm的GaAs缓冲层；
[0010]根据本专利技术优选的，所述步骤(2)的反应室温度为730℃，生长厚度为300nm，掺杂浓度为2E18
‑
5E18个原子/cm3,反应室压力为50
‑
70mbar；
[0011]特别优选的步骤(2)中掺杂浓度为3E18个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6,反应室压力为60mbar；
[0012](3).当反应室温度下降到640
‑
680℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在步骤(2)上生长Al
x1
Ga1‑
x1
As N限制层，厚度为2
‑
3um；
[0013]根据本专利技术优选的，所述步骤(3)的反应室温度为680℃，生长厚度为2.5um，0.3≤x1≤0.5，掺杂浓度为5E17
‑
2E18个原子/cm3,反应室压力为50
‑
70mbar；
[0014]特别优选的步骤(3)中x1＝0.4掺杂浓度为1E18个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6,反应室压力为60mbar；
[0015](4).保持温度在640
‑
680℃，步骤(3)完成后，通入TMAl、TMGa和AsH3，生长Al
x2
Ga1‑
x2
As下波导层，厚度为500
‑
800nm；
[0016]根据本专利技术优选的，所述步骤(4)的反应室温度为680℃，生长厚度为700nm，0.1≤x2≤0.3，掺杂浓度为5E17
‑
2E18个原子/cm3,反应室压力为50
‑
70mbar；
[0017]特别优选的步骤(4)中x2＝0.3,掺杂浓度为7E17个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6,反应室压力为60mbar；
[0018](5).保持温度在640
‑
680℃，步骤(4)完成后，停止通入TMAl、TMGa和AsH3，停止生长5
‑
15s；
[0019]根据本专利技术优选的，所述步骤(5)的反应室温度为660℃，停止生长时间10s,反应室压力为30
‑
50mbar；
[0020]特别优选的步骤(5),反应室压力为40mbar；
[0021](6).保持温度在640
‑
680℃，步骤(5)完成后，先通入TMIn，通入时间T1为2
‑
5s，再通入TMGa、TMAl，通入时间T2＝15
‑
20s，TMAl通入时间T3为1
‑
4s，TMGa和TMAl同时通入，最后通入AsH3，生长厚度为5
‑
10nm的Al
x3
In
y1
Ga1‑
y1
‑
x3
As量子阱层；
[0022]根据本专利技术优选的，所述步骤(6)的反应室温度为660℃，T1为3s，T2为16s，T3为2S，生长厚度为7nm，Al
x3
In
y1
Ga1‑
y1
‑
x3
As量子阱中的取值x3为0.2
‑
0.5，y1的取值为0.1
‑
0.2,反应室压力为30
‑
50mbar；
[0023]特别优选的步骤(6)中Al
x3
In
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高均匀性长波长GaAs基大功率激光器外延片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1).将GaAs衬底放在MOCVD设备生长室内，H2环境升温到740
‑
780℃烘烤20
‑
40分钟，再通入AsH3,反应室压力为50
‑
70mbar，对GaAs基衬底进行高温热处理去除衬底表面水氧，并为步骤(2)做准备；(2).当反应室温度下降到720
‑
750℃，通入TMGa和AsH3，在GaAs衬底上生长厚度在100
‑
300nm的GaAs缓冲层；(3).当反应室温度下降到640
‑
680℃，通入TMAl、TMGa和AsH3，在步骤(2)上生长Al
x1
Ga1‑
x1
As N限制层，厚度为2
‑
3um；(4).保持温度在640
‑
680℃，步骤(3)完成后，通入TMAl、TMGa和AsH3，生长Al
x2
Ga1‑
x2
As下波导层，厚度为500
‑
800nm；(5).保持温度在640
‑
680℃，步骤(4)完成后，停止通入TMAl、TMGa和AsH3，停止生长5
‑
15s；(6).保持温度在640
‑
680℃，步骤(5)完成后，先通入TMIn，通入时间T1为2
‑
5s，再通入TMGa、TMAl，通入时间T2＝15
‑
20s，TMAl通入时间T3为1
‑
4s，TMGa和TMAl同时通入，最后通入AsH3，生长厚度为5
‑
10nm的Al
x3
In
y1
Ga1‑
y1
‑
x3
As量子阱层；(7).保持温度在640
‑
680℃，步骤(6)中Al
x3
In
y1
Ga1‑
y1
‑
x3
As量子阱层生长完成后，通入TMAl、TMGa和AsH3,继续生长厚度为500
‑
800nm的Al
x4
Ga1‑
x4
As上波导层；(8).保持温度在640
‑
680℃，步骤(7)完成后，通入TMAl、TMGa和AsH3，生长Al
x5
Ga1‑
x5
As P限制层，厚度为1
‑
3um；(9).当反应室温度下降至540
‑
560℃，通入TMGa和AsH3，在Al
x5
Ga1‑
x5
As P限制层上生长厚度在100
‑
300nm的GaAs欧姆接触层。2.根据权利要求1所述的具有高均匀性长波长GaAs基大功率激光器外延片的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)的高温热处理温度为780℃烘烤时间为30分钟，反应室压力为60mbar；所述步骤(2)的反应室温度为730℃，生长厚度为300nm，掺杂浓度为2E18
‑
5E18个原子/cm3,反应室压力为50
‑
70mbar；所述步骤(3)的反应室温度为680℃，生长厚度为2.5um，0.3≤x1≤0.5，掺杂浓度为5E17
‑
2E18个原子/cm3,反应室压力为50
‑
70mbar；所述步骤(4)的反应室温度为680℃，生长厚度为700nm，0.1≤x2≤0.3，掺杂浓度为5E17
‑
2E18个原子/cm3,反应室压力为50
‑
70mbar。3.根据权利要求2所述的具有高均匀性长波长GaAs基大功率激光器外延片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中掺杂浓度为3E18个原子/cm3，掺杂源采用Si2H6,反...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵凯迪，朱振，任万测，
申请(专利权)人：山东华光光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：