InGaAsPInP量子阱激光器的模型分析(3)

量子阱激光器由于量子结构的采用而具有如下一些突出的优点【４】：

（１）改变量子阱的厚度可以在相当宽的范围内改变激射波长。

（２）注入载流子能提供更高的增益，这能使阈值电流降低，而且随温度变化小，

温度的稳定性好。

（３）注入的载流子大部分用来克服内部损耗，只要较小的注入载流子就能有高

的效率，产生更大的功率，适于制作大功率激光器阵列。

（４）量子阱激光器的增益变化只引起较小的折射率改变，所以光谱线变窄，频

率啁瞅小。

（５）由于价带的轻、重空穴带量子化能级分离，因此对ＴＥ与ＴＭ模式有选择

控制性能。

（６）微分增益系数高，能在更高的调制速率下工作，动态特性好。

２．２材料的ＭＯＣＶＤ生长

半导体材料的生长有很多方式，如液相外延（ｕ吧）、ＭＯＣＶＤ、分子柬外延（ＭＢＥ），这些方式各有优势，ＬＰＥ的生长精度不高，但成本较低，ＭＢＥ能够精确到单原子层，但不能批量生产，而ＭＯＣＶＤ解决了高难生长技术和量大面广所要求的低廉价格之间的矛盾，是目前光电器件生长的主要方式。

２．２．１ＭＯＣＶＤ技术概述

ＭＯＣＶＤ又叫金属有机化学气相外延（ＭＯⅥ）Ｅ），是目前应用十分广泛的气相外延生长技术。它是Ｍａｎａｎｓｅｖｉｔ在１９６８年提出的制备化合物半导体单晶材料的方法［５１１６１。８０年代以来得到了迅速的发展，日益显示出在制各薄层异质材料，特别是在生长量子阱和超晶格方面的优越性。ＭＯＣＶＤ采用ⅡＩ族、Ⅳ族的金属有机化合物（如ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＴＭＡＩ）和Ｖ族、Ⅵ族元素的氢化物（如ＡｓＨ３、ＰＨ３）作为源材料，以Ｃｐ２Ｍｇ和Ｓｉ也为掺杂剂。ＩＩＩ族、Ⅳ族的金属有机化合物源材料放在鼓泡器中，用氢气或惰性气体作为载气，将其携带出来与Ｖ族、Ⅵ族元素的氢化物源材料混合，通入反应室。当它们流经加热衬底表面时，在衬底上发生热分解反应，外延生成化合物晶体薄膜。ＭＯＣＶＤ技术反应式一般可表示为【７］

Ｒ—Ｍ＋恐一Ｍ２一Ｍ—Ｍ２＋Ｒ一心个

Ｍｌ＝ＨＩＭＩ＝ＩＩＭ１＝ＩＶＲＩ＝ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５

Ｍ２－ＶＭ２＝ＶＩＭ２＝ⅥＲｌ对ｉ、ＣＨ３、Ｃ２Ｈ５

Ｒｌ－Ｍ１和Ｒ２一Ｍ２为反应的有机源材料。作为ＭＯＣＶＤＭＯ源，一般有以下要求【８】：１．常温下为液体，有适当而且稳定的蒸气压，通过控制源温、源压和载气流量来保证能重现和精确控制进入反应室的源的剂量。

２．适当的热分解温度，在外延生长温度下基本完全分解，以提高源的利用率。在生长温度下活性较低，不与配合使用的其他源发生预反应；在储存温度下要求稳定。

３．易于合成与提纯，易于提纯到９９．９９９％以上的高纯度。

４．低毒性与可接受的价格。

源化合物缩写熔点（℃）ａｂ

舢（ＣＨ３）３ＡＩ皿讧Ａｌ１５８．２２４２１３４．８３

源

（Ｃ２Ｈｓ）３ＡＩＴＢＡｌ．５８１０．７８４３６２５

Ｇａ（ＣＨ３）３Ｃｒａ羽旧ａ．１５．８８．５０１１８２４

源

（Ｃ２Ｈｓ）３Ｇａ１１ＢＧａ．８２．５９．１７２２５３２

ｈ（ＣＨ３ｈ１．ｎ卫Ⅵｍ８８１０．５２０３０１４

源（ＣａＨ５）３Ｉｎ弛－３２１１．０５４２８５ｌ

ＭＯＣＶＤ技术日益受到广泛的重视，主要是由于具有下列一些显著的特点：

１．可以合成任意组分组成的人工合成材料，形成厚度精确控制到原子级的薄膜。用来生长化合物器件的各组分和掺杂剂都是以气态通入反应器，而固相组分又直接与气相组分相对应。因此，可以通过精确控制各种气体流量来控制外延层的组分、厚度、导电类型和载流子浓度。可以通过迅速改变气体组分和流速生长薄到几埃、十几埃的薄层和多层结构。

２．可制成大面积均匀薄膜。因为材料生长的速率是由材料表面上反应的分子密度或浓度决定的，在一定的温度下，气体分子密度是由气体压强唯一地决定。由于晶体生长是在单温区内以热分解进行，所以只要精确控制气体流量和衬底温度即可保持恒定的生长速率，工艺简单，便于获得大面积、厚度和组分均匀的外延片及实现多片生长，适于工业化批量生长。

３．纯净的材料生长技术。由于不使用液体容器（例如坩埚）及低温生长的气相反应，使得污染来源减到最少。而且有机源特有的提纯技术使得ＭＯＣＶＤ技术比其他半导体材料生长技术生长的材料纯度提高了一个数量级。

４．灵活的气路控制技术。气体源的快速切换保证了陡峭异质结界面的形成。生长过程全自动化控制，使得人为随机因素减至最小，保证了重复性。晶体生长速率与ＩＩＩ族源的供给量成正比，因而改变输运量，就可以大幅度地改变外延生长速度（Ｏ．０５～１ｕｍ）。

５．低气压外延生长是ＭＯＣⅥ）技术中很有特色的技术。ＬＰ－ＭＯＣＶＤ的低气压，可以减少生长过程中的存储效应和过渡效应，因而减少杂质缓变和组分缓变，生长出陡峭的外延层界面；可以减少某些气相中有害预反应，便于生长ＩｎＰ、

ＩｎＧａＡｓＰ等含Ｉｎ、Ｐ组分的化合物外延层。ＬＰ－ＭＯＣＶＤ的高速气体改善衬底上方温度和反映剂的均匀性，有助于改进生长层的均匀性。

２．２．２ＭＯＣＶｌ０生长设备

ＭＯＣＶＤ装置从反应室来看有立式和卧式，加热方式有高频感应加热和辐射加热，工作气压有常压和低压。ＭＯＣＶＤ系统一般包括气体处理系统、反应室、控制系统、尾气处理系统和安全报警系统。

图ｉＭＯＣＶＤ系坑示意图

１．气体处理系统：

气体处理系统包括了源气的供给，分配和输运。

图２气体处理系统

管道中的气流是通过响应速度快、控制精度高的质量流量控制器（１ｖＩＦＣ）、压力控制器（Ｐｃ）、电磁瞬和气动阀组合使用来实现控制的。源材料注入反应室由平衡气压系统控制，保证了注入气压的稳定性。气体的输运管道都是不锈钢管道。为了防止存储效应，管道内进行电解抛光。管道的街头采用氩狐焊或ＶＣＲ方式连接。

２．反应室：

反应室中核心部分是基片加热和高速旋转的转盘。反应气体氢化物和金属有机化合物由高纯氢携带，从反应室顶部高速喷出，到达被加热高速旋转的基片表面附近混合，进行化学反应，在基片表面实现外延生长。基片台转盘表面附近反应剩余产物在高速旋转的基片台作用下被撒向基片表面以外，新的反应气体不断被喷射向基片表面。始终保持在基片表面附近不存留已反应中间产物，基片表面的反应始终是新的反应气体在进行，始终保持基片的外延层晶体生长过程一致。

反应室内部装有辐射加热系统，加热板通过热辐射加热距离很近的托盘支架，再以接触传输的方式传热给衬底托盘和衬底。反应室内表面通流量恒定的高纯氢气，形成“罩流”，把源材料气体与反应室的金属壁隔离。一方面可以限制源材

华南师范大学硕士学位论文

料在温度精确控制的衬底表面，一方面可以保护反应室内壁的清洁。反应室外表面，尤其是上方一般通冷却水，使得气体首先遇到的热体是衬底。

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图３反应室示意图

３．尾气处理设备：

尾气主要有两个来源。一是“ｖｅｎｔ”管道中排出的携带有源材料的气体。为了减少输入气体流速的变化，携带有源材料的气体有时被旁路有时通入反应室。旁路 …… 此处隐藏：2389字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……