ingaasp及ingaaip四元系量子阱材料的mocvd生长、表征及相关光电器件研究

《ingaasp及ingaaip四元系量子阱材料的mocvd生长、表征及相关光电器件研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、山东大学博士学位论文摘要随着信息社会的发展，对半导体光电材料和器件的需求越来越大，需要产业化的生产来满足社会对此的需求，而MOCVD技术作为一种可以大规模生产半导体光电薄膜材料的外延技术，在光电子材料生产的产业化的进程中起着越来越重要的作用。与GaAs晶格匹配的四元系InGaAsP材料的MOCVD生长特性研究方兴未艾。信息社会中信息的存储、传输都离不开半导体激光器，半导体激光器以其体积小，效率高，可选择波长范围宽等优点在信息存储、传输中起着重要作用：不仅如此，随着它的输出功率，相干性的不断提高，新材料核心结构的不断涌现，半导体激光器的应用不再限于信息领域；大功率半导体激光器在激光二极管

2、泵浦固态激光器(DPSSL)中起着十分重要作用，应用领域从民用、军用以至于生物医学，可以说无所不在：进一步提高大功率半导体激光器的功率和长时间工作稳定性需要在材料体系上取得突破。有源层无铝lnGaAsP／InGaAlP体系的引入成为必然。信息社会中的信息传输一般采用光纤传输，传输的最后入户的所谓“最后一公单”问题的解决一般认为需要有机光纤，因此一种在有机光纤吸收窗口层(红光)具有单色性较好，但相比较垂直面发射激光器(VCSEL)而言工艺简单，价格适中的半导体光学器件一谐振腔发光二极管(RCLED)成为现在研究的热点。本论文利用EMCORE公司的D180型MOCVD设备进行了InGaAs

3、P、InGaAIP材料体系的外延生长。精确控制源的参数，采用EPISON原位控制In源浓度，采用原位监测装黄控制生长．采用温度和流量控制掺杂浓度。生长在630。C～700℃左右进行。反应室生长腔的压力为69tort。Will比为50—200，各层材料生长速率为4—10A／s。材料生长的同时进行了掺杂。掺杂浓度可通过电化学c—V方式测量。最外层接触层为重掺杂zn的p+．GaAs层，其掺杂浓度在10蜡一102。之间，也可以掺到1020以上以保证在作器件表面镀金的时候可以达到完全的金属接触。在前人工作基础上，本论文进行了InGaAsP／InGaAIP／GaAs体系的有源层无铝大功率半导体激光

4、器器件结构设计、材孝斗生长、材料的光学性能测试、单晶性能测试、外延片的后工艺处理、解理后管芯的电光性能测试、镀膜封装后激光器件的性能测试、寿命试验等～系列的工作。生长了单一组分有源层InGaAsP材料以确定其摘要生长参数和材料性质；生长了突变光波导的分别限制异质结(SCH)半导体激光器结构和多层准渐变光波导的分别限制异质结(Quasi—GRIN—SCH)结构的半导体激光器结构。优化了光刻、腐蚀台面、清洗、蒸镀Si02、套刻窗口、P面蒸镀、减薄、蒸N面电极、合金化一系列后处理工艺。采用电子束蒸镀Si02膜：P面蒸镀Ti／Pt／Au．N面欧姆接触采用传统AuGeNi材料：为实现大功率器件的

5、高导热性，将衬底减簿到100微米以下；将条形区域外高掺杂部分腐蚀掉，使电流集中在条形区域。然后通过解理后进行测试管芯电致发光性能、闽值电流、接触电阻、正向电压等。对这些材料体系进行了光学和材料单晶性能的表征。总体上通过光荧光和双晶x射线衍射的测试，在4。衬底上生长的突变波导层外延片单晶性能和光学性能最好。对于无铝有源层半导体激光器InOaAsP／InGaAlP体系，由串联电阻、零电流乖向电压、闽值电流等等的分析可以看出：突变的波导层材料体系，适当的波导层厚度，对于提高器件击穿电压，提高器件大功率工作稳定性．降低激光器工作的闽值电流，提高其功率转换效率是有好处的。激光器管芯采用普通T03

6、封装成器件。在谐振腔前后端面镀上A1203／Si材料做的增透膜和增反膜。后端面反射率达到90％．前端面反射率则在10％以下。封装后利用半导体激光器品质分析仪器进行测试。得到超过1．2w的最高连续功率输出。阈值电流在300mA左右。斜率效率超过1，功率转换效率达到30-40％；1w工作功率下进行老化试验：老化进行1000小时。无论是阈值电流、工作电压还是工作电流在老化自F后基本都没有发生变化。表明无铝有源层体系大功率半导体激光器的长时间工作性能良好。无论从外延生长、后工艺加工还是器件封装、激光发射性能、长时间工作特性来说，总体上达到了国内大功率半导体激光器发展的先进水平：而从材料体系的选

7、择上来说无铝有源层体系的潜在工作性能稳定性更为优异。本论文设计并生长了650rim波长的谐振腔发光二极管(RCLED)。首先从分布反馈布拉格反射层(DBR)的设计入手，根据A1neGa¨As／AlAs／A1oGao4As材料的折射率和衍射条件对短波长的(580nm、625nm、660nm)分布反馈布拉格反射镜进行了每一层厚的计算，生长得到了Al。G“。As／(AlAs／A106Ga04As)-z的不同波长峰值反射DBR，并且对材料进行了白光反射