一种量子阱发光管外延片及其生长方法技术

本发明专利技术属于半导体技术类，具体是一种量子阱发光管外延片及其生长方法，其特征在于：外延片至少包括：一层n型GaAs衬底；一层n型掺杂的GaAs缓冲层，一层n型掺杂的AlGaAs下限制层，一层非掺杂或少量n型掺杂或部分厚度n型掺杂的AlGaAs下波导层，一个或多个非掺杂的AlGaInAs/AlGaAs量子阱结构，一层非掺杂或少量p型掺杂或部分厚度p型掺杂的AlGaAs上波导层，一层p型掺杂的AlGaAs上限制层，一层p型掺杂的GaAs欧姆接触层，外延片生长采用金属有机物化学汽相沉积方法制备。本发明专利技术外延片通过细微调整量子阱的厚度等条件来调整发光管的中心波长，将中心波长调节在800nm附近，产品可靠性好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体发光管领域，具体涉及，尤其是一种涉及中心波长在SOOnm士 IOnm波段的近红外半导体发光管用的AlGaInAs量子阱发光管外延片结构及生长方法。
技术介绍
GaAs基的III-V族化合物半导体材料属于闪锌矿结构，直接带隙跃迁，在制作红外发光二极管(LED)、红外激光管(LD)等半导体光电器件、光电子集成电路方面有重要的应用。GaAs基的红外发光管在红外防盗、报警，自动计数、编码，生产安全保护、监控等方面也有很大的发展前景，国内需求量非常大。目前市场上的半导体发光管主要集中在可见光领域，红外发光管无论从研发角度还是生产角度，所占比例均较小。而且已有的红外发光管的波段仅限于850nm和940nm，在800nm附近还没有相关的文献报道和产品出售。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种采用单个或多个AlGaInAs应变量子阱做为发光区的GaAs基红外发光管用的量子阱发光管外延片及其生长方法，器件中心光光波长为800nm左右。本专利技术采用以下技术方案本专利技术一种量子阱发光管外延片，至少包括层η型掺杂GaAs衬底；一层η型掺杂的GaAs缓冲层，位于衬底之上；一层η型掺杂的AlGaAs下限制层，位于缓冲层之上；一层非掺杂或少量η型掺杂或部分厚度η型掺杂的AlGaAs下波导层，位于下限制层之上；一个或多个非掺杂的AlGalnAs/AlGaAs量子阱结构，位于下波导层之上； 一层非掺杂或少量ρ型掺杂或部分厚度ρ型掺杂的AlGaAs上波导层，位于量子阱结构之上；一层ρ型掺杂的AlGaAs上限制层，位于上波导层之上；一层ρ型掺杂的GaAs欧姆接触层，位于上限制层之上。本专利技术上述量子阱结构若是多个，则量子垒材料与下波导层材料相同，但不掺杂， 厚度可以与量子阱厚度相同也可以不同。本专利技术外延片生长采用金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)方法制备，生长室气压为1 IOOmbar ；生长温度控制在700 750°C之间。本专利技术金属源采用的是三甲基镓、三甲基铝、三甲基铟，五族源为100%纯度的砷烷，掺杂源分别为二甲基锌(P型)和2%的硅烷(η型)。本专利技术提供的这种红外光光管的发光区采用量子阱结构，可以是单量子阱也可以是多量子阱，由于量子阱的量子尺寸效应，基态能级不再位于导带底和价带顶，可以通过细微调整量子阱的厚度等条件来调整发光管的中心波长；本专利技术提供的这种红外发光管的量子阱中加入了少量In替代了 Al产生了压应变，可以起到抑制缺陷生长的作用，提高了器件的可靠性；本专利技术提供的这种红外发光管的发光区在上、下限制层之间加入了上、下波导层， 从而提高了发光区的体积，即可以减少由于限制层的掺杂对光子的损耗，也可以减少当入电流密度增加时载流子的泄露，从而减少了由此产生的光饱和效应；本专利技术提供的这种红外发光管的上、下限制层的Al组分应比上、下波导层的Al组分高，从而使上、下限制层的折射率稍低于波导层的折射率，对光会产生限制作用，所以本外延片结构更适用于侧面红外发光管的制作，但不限于此。附图说明 图1是本专利技术外延片结构示意图。图2是本专利技术采用的多量子阱结构示意图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体的实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1、2所示，一种中心波长为SOOnm附近，采用应变量子阱AlGaInAs做为发光区的半导体红外发光管的外延片，至少包括一层η型掺杂GaAs衬底10 ；一层η型掺杂的GaAs缓冲层11，位于衬底之上；—层η型掺杂的AlGaAs下限制层12，位于缓冲层之上；一层非掺杂域少量η型掺杂或部分厚度η型掺杂的AlGaAs下波导层13，位于下限制层之上；个或多个非掺杂的AlGalnAs/AlGaAs量子阱141/142结构，位于下波导层之上；一层非掺杂或少量ρ型掺杂或部分厚度ρ型掺杂的AlGaAs上波导层15，位于量子阱结构外延层之上；一层ρ型掺杂的AlGaAs上限制层16，位于上波导层之上；一层ρ型掺杂的GaAs欧姆接触层17，位于上限制层之上；其中所述的η型掺杂GaAs衬底10，掺杂剂为Si，掺杂浓度L. 0Ε18 4. 0Ε18，电阻率为2. 1Ε-3 2. 6E-3(ohm. cm)，生长面方向为(100)面向<111>A偏2°，迁移率为2050 2350cm2/V. s，衬底厚度为325 375um，尺寸可选；所述的η型掺杂的GaAs缓冲层11，掺杂浓度1. 0Ε18 4. 0Ε18，掺杂剂为Si，厚度为 200nm 400nm ；所述的η型掺杂的AlGaAs下限制层12，掺杂剂为Si，掺杂浓度1. 0Ε18 40Ε18， 厚度为IOOOnm 1500nm, Al组分为0. 45 ；所述的AlGaAs下波导层13和AlGaAs上波导层15，一般为非故意掺杂层，但为了增加导电性，利于载流子迁移，减少电阻可以采取少量掺杂或者部分掺杂，厚度为IOOnm 150nm, Al 组分为 0. 25 ； 所述的ρ型掺杂的AlGaAs上限制层16，掺杂剂为Zn，掺杂浓度1. 0E18 4. 0E18, 厚度为IOOOnm 1500nm, Al组分为0. 45 ；所述的一个或多个非掺杂的AlGalnAs/AlGaAs量子阱141/142结构，该结构位于上波导层15和下波导层13之间，该层不掺杂，可以只包含单量子阱141，如图1所示，也可以是量子阱为141，量子垒为142的交替生长的多量子阱结构，如图2所示为三个量子阱结构示意图，量子阱141为AlGaInAs材料，Al组分为0. 07，In组分为0. 02，镓组分为0. 91， 厚度为9nm，量子垒为AlGaAs材料，Al组分为0. 25，厚度为9nm ；量子阱和量子垒的厚度和材料组分可以进行细微调整，从而使发光管的中心波长在SOOnm附近进行变化。所述的ρ型掺杂的GaAs欧姆接触层17，为ρ型重掺杂区，掺杂浓度4Ε19，掺杂剂为Zn，厚度为200nm 300nm。本专利技术采用MOCVD制备方法为步骤1 首先将装有GaAs衬底10的包装袋放入MOCVD设备的物品交换室中，对物品交换室进行多次充、抽气操作，带上设备上的橡胶手套，将衬底包装袋从物品交换室取出，然后将衬底从包装袋中取出放入设备反应室的石墨舟中；步骤2 对反应室进行升温、降压，反应室温度稳定在720°C附近，压力为20mbar ；步骤3 在GaAs衬底10上开始进行η型GaAs缓冲层11的生长，打开三甲基镓， 砷烷和硅烷的反应源阀门，利用经过钯管纯化的氢气将生长源分子带入反应室，在衬底上进行沉积。气体总流量为50L/min，2%的硅烷做为η型掺杂剂，η型GaAs缓冲层11的掺杂浓度为2\1018，厚度为400歷;步骤4 在η型GaAs缓冲层11上继续生长η型AlGaAs下限制层12，金属有机源分别为三甲基铝三甲基镓，五族源为100%纯度的砷烷，掺杂剂为2%的硅烷，掺杂浓度为 1 X 1018-2 X IO18,厚度为 1200nm，Al 组分为 0. 45 ；步骤5 依次生长AlGaAs下波导层13，此层为非故意掺杂层，关闭硅烷，生长厚度 IOOnm, Al 组分为 0. 25 ；步骤6 保持反应室温度为720°C进行量子阱本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种量子阱发光管外延片，其特征在于，它至少包括：一层ｎ型掺杂ＧａＡｓ衬底；一层ｎ型掺杂的ＧａＡｓ缓冲层，位于衬底之上；一层ｎ型掺杂的ＡｌＧａＡｓ下限制层，位于缓冲层之上；一层非掺杂或少量ｎ型掺杂或部分厚度ｎ型掺杂的ＡｌＧａＡｓ下波导层，位于下限制层之上；一个或多个非掺杂的ＡｌＧａＩｎＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子阱结构，位于下波导层之上；一层非掺杂或少量ｐ型掺杂或部分厚度ｐ型掺杂的ＡｌＧａＡｓ上波导层，位于量子阱结构之上；一层ｐ型掺杂的ＡｌＧａＡｓ上限制层，位于上波导层之上；一层ｐ型掺杂的ＧａＡｓ欧姆接触层，位于上限制层之上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李京波，李庆跃，李凯，刘媛媛，池旭明，李树深，夏建白，
申请(专利权)人：浙江东晶光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：33