InGaAsPInP量子阱激光器的模型分析(4)

到目前为此，ＭＯＣＶＤ技术得到长足发展，取得了多项新进展，主要体现下面几个方面：（１）设计了新的反应器结构，改善了大面积生产时外延层组分和厚度的均匀性；（２）将光子引外延过程，开发了光诱导ＭＯＣＶＤ技术；（３）利用掩膜技术或聚焦的激光束扫描，进行ＭＯＣＶＤ的选择生长；（４）利用Ｖ族的烷基化合物代替ＡｓＨ３等剧毒气体，提高了外延系统的安全性。ＭＯＣＶＤ技术的这些新进展已经或将会对微波器件和光电器件的研制产生很大的影响，但它的重要缺陷是缺乏实时在位监测生长过程技术，最近提出用表面吸收谱来实现在位监测。对于一些特殊的器件如：超大面积太阳能电池、电致发光显示板和高温超导层的材料生长，考虑到这些多元化合物作为原材料的稳定性和蒸汽压并不总是彼此类似，完全基于目前的ＭＯＣＶＤ技术进行生长，可能是不够的，可利用几种技术联合起来，如ＭＯＣＶＤ－ＭＢＥ、ＭＯＣＶＤ－ＣＶＤ等等，预料还会出现与ＭＯＣＶＤ有关的新生长技术。ＭＯＣＶＤ技术在半导体材料和器件制各方面取得了巨大的成功，但它仍是一种发展中的半导体超精细加工技术，ＭＯＣＶＤ技术的进一步发展将会给微电子和光电子技术带来更广阔的前景。

２．２．４ｌｎＧａＡｓＰ／ｌｎＰ量子阱材料的ＭＯＣＶＤ生长

ｌｎＧａＡｓＰ量子阱材料是以ＩｎＰ衬底生长于其上的，这种半导体材料由于不含有ＡＪ组分，能大量减少在ＭＯＣｖＤ高温淀积过程中所带来的碳与氧的污染，对制造高质量的单晶薄膜材料有益。尽管如此，要生长出符合要求的Ｉｎ。Ｇａｌ。ＡｓｖＰｌ＿ｖ材料还是有相当大的难度，因为既要与ＩｎＰ衬底晶格匹配又要使发光的波长符合特定的范围，这就要求在生长过程中能精确地控制ｘ与Ｙ的组分，这是有一定难度的，要求技术人员对ＭＯＣＶＤ生长设备相当了解且要有很丰富的生长经验。ＩｎＧａＡｓＰ材料的ＭＯＣＶＤ生长一般采用低压状态，原因是：（１）在生长不同组分的各层时，前一层组分对后一层组分的影响和自掺杂减小到最小：（２）能避免气相中的寄生反应和ＰＨ３在进入反应器以前就发生分解；（３）由于Ｉｎ（Ｃ２Ｈ５）３的反应速度比Ｇａ（Ｃ２Ｈ５）３快得多，通过减压能抑制其反应速度。我们生长所使用的

华南师范大学硕士学位论文

ＭＯＣＶＤ设备是美国ＥＭＣＯＲＥ公司出品的ＧＳ／３２００系统，是适合于生长半导体光电材料的理想设备，材料生长常用的Ⅲ族源是ＴＭＧａ和ＴＭＩｎ，ＴＭＩｎ是固体，使用时重现性较差，现在有一些改善的方法，ＴＨｉｎ虽然是液体，但它极易与ＰＨ３发生寄生反应，降低生长质量，故不常用。Ｖ族源用ＰＨ３和ＡｓＨ３，Ｐ型与Ｎ型掺杂剂分别是ＤＥＺｎ和ＳｉＨ４，载气是高纯Ｈ２，衬底是（１００）取向掺Ｓ的ｎ＋一ＩｎＰ。

实验中所生长的多量子阱器件结构图如下所示：

Ｃ，ｏｎｔ∞ｔｌａｙｅｒ－－－——ｐ＋－ＩｎＯ吐ｓ，小．５４１０１８ｃｍ＂３

ＵｐｅｒＳｅ蛐】邑弘ｚ——ＣＭ击ｎｇｌ６，Ｈ—ｐ．１蛳，１０１７ｃ，ｍ－３

Ｂ㈣Ｔ——＼；ｍ毗０Ｐ（１３１瑚）

讯Ⅱ——Ｘ１万ｉ－ＩＩｏ吐０Ｐ（１．６删

Ｌｏｗ∞ｐ吣÷ｌ哆Ｈ——，

跏娲ｒｈ弘ｒ—●——ｐ，－ＩｎＰ，．ｕ：．Ｔ，＇１０１８ｃｍ－３

Ｓｄ峪＇ｔｍｌｅ．．．一●——ｎ斗－ｈＰ

图５ＳＣＨ－ＸＱＷ的锫构示意图

器件的生长顺序如下：在重掺Ｓ晶向（１００）的ＩｎＰ衬底上依次生长ｎ－ＩｎＰ缓冲层（Ｓｉ掺杂），不掺杂的下波导层，不掺杂的四量子阱结构的有源区（Ｌｗ－固ｎｍ，ＬＢ＝１５ｎｍ），不掺杂的上波导层，Ｐ－ＩｎＰ盖层（Ｚｎ掺杂），Ｐ＋．Ｍａ触欧姆接触层（Ｚｎ掺杂）。

在生长之前，必须对ｈｌＰ衬底进行仔细的清洗，其过程如下表：

表２１１１Ｐ村底的清洗

超声清洗Ｃ－＇Ｉ－１３０Ｈ５分钟ａ￡ＩＭＣｌ２１０分钟

Ｃｈ３０Ｈ５分钟

腐蚀Ｈ２０：ｔｔ２Ｓ０４：１４２０２＝１：３：１１分钟

腐蚀停止后Ｈ２０，ＣＨ３０Ｈ

经过检查ＭＯＣＶＤ设备各项运作指标无异后，衬底放入生长炉就可以进行生长，但要能生长出符合要求的量子阱材料，生长的各项参数应该谨慎设定好，如下表：

表３ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｏＰ量子阱材料的生长条件

生长温度℃ＶｍＩ、ｊ｜Ｖ（Ｐ／Ａｓ）Ⅲ皿（Ｉ们ａ）

ｈＩＰ６００２５０

ＩｎＧａＡｓＰ（１．３ｕｒｎ）６００８０，－－２￣２．１

ＩｎＯａＡｓＰ（１．６ｕｒｎ）６００１００～３５－３．４

从上表中可以看出，ＩｎＧａＡｓＰ／ＩｎＰ量子阱材料的生长比较复杂，不仅要控制Ｖ／ｍ，还要控制Ｖ／Ｖ和ＩＩＩ，ⅡＩ，特别是ＰＨ３和ＡｓＨ３热稳定性差异较大，后者容易分解，Ａｓ优先进入固相，从而导致固相组分控制较困难。

如果要生长高质量的量子阱材料，必须严格控制阱和垒的厚度、组分以及界面的陡度，而这要求在生长过程中还要注意以下几个方面：

１．中断生长。在ＭＯＣＶＤ技术中，中断生长是指在生长异质界面时，切断ＩⅡ族源，停止～段生长时间后，再输入Ⅲ族源开始后续外延层的生长，在中断生长时，既可以不通入Ｖ族源（只通Ｈ２），也可以根据需要分别通入不同的Ｖ族源。由于

ＭＯＣＶＤ的晶体生长反应是在高温（６００℃）下热分解中进行的，外延层中的ＩＩＩ族原子与Ｖ族原子的挥发性差别较大，在新生的外延层与待生的外延层生长中断期间，为了防止新生的外延层中的Ⅲ族原子从其中挥发出来，劣化新生外延层的光滑平整表面，必须在此中断期间，当ⅡＩ族源源气关断以后，继续开通一段时间（～１０秒）Ｖ族源气，以期对新生外延层的后沿界面进行空流保护【１１】［１２】。另一方面，由于Ⅲ族源气有～定的存储效应，因此刚生长完的外延层所需要的ＩＩＩ族源气会对后续待生长的外延层的前沿界面有影响，基于这一点，也有必要采取中断生长，用Ｖ族源气加上高速大流量载气进行冲洗。中断生长能保证异质界面生长干净，特别是在ＩｎＰ到ＩｕＧａＡｓＰ过渡区大的界面生长，选择合适的短时间中断方式是必要的。

２．组分的控制。ＩｎＧａＡｓＰ量子阱材料的组分决定着发光波长的长短及晶格常数的大小，所以组分的精确控制是器件制作是否符合要求的关键。由于阱层很薄，直接进行组分分析比较困难，关于量子阱组分的控制主要是从研究一般微米级厚的外延层的数据外推而来的。通常认为固相中Ｉｎ／Ｇａ原子数比正比于气相中的Ｐ曰Ⅱ。／Ｐｎ‰，有经验公式Ｐｎ血／Ｐｎ蛔。＝ｘ，Ｃ（１－ｘ），Ｘ是ｈ原子所占的比例，Ｃ是一个经验常数，它可以通过测量材料的Ｘ射线衍射图中零级卫星峰和衬底峰之间的角距求出。

３．阱层厚度的控制。生长层的厚度也是一个难以精确控制的量，如果有源区阱层与垒层的厚度有较大的误差，这对于器件的影响是不言而喻的。在一定的生长条件下，外延层的厚度等于生长速率与时间的乘积，生长速率通常是由微米级外延生长求得的，研究表明，这种推算出来的生长速率也适合于极薄层厚度的控制（￣ｎｍ），尽管有实验结果显示在生长每一个阱层的初期，生长速率有一个超过正常体材料生长速率３￣４倍的极大值，然后再稳定到正常值，但目前有实际生长过程中仍采用前面介绍的方法来估算阱层厚度是可行的。

２．３材料的测试与分析

影响ⅡＩ—Ｖ族化合物半导体光电器件性能与可靠性的因素是多方面的。如：各层的 …… 此处隐藏：2317字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……