[发明专利]Si掺杂InAs/GaAs量子点激光器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种Si掺杂InAs/GaAs量子点激光器及其制备方法。

背景技术

信息量的不断攀升对光纤通信的光源提出了更高的要求。半导体激光器作为光纤通讯系统的核心部件，对整个系统的性能起到了至关重要的作用。量子点材料由于在三个维度上的尺寸都接近电子的德布罗意波长，因此具有和原子近似的分立的能级，并且态密度为δ函数的形式。半导体量子点激光器展现出了低阈值电流密度、高微分增益、高温度稳定性、高调制速率以及低的频率啁啾效应等优越特性，有望成为下一代光通信系统的重要光源，在高速局域网通信和高速数据交换系统等领域中有重要的应用前景。

量子点的制备方法很多，常见的有以下两种：

(1)微结构材料生长与微细加工技术相结合的方法：即采用分子束外延生长(MBE)或金属有机物化学气相淀积(MOCVD)技术在图形化衬底上进行选择性外延生长或高质量的外延材料生长，结合高空间分辨电子束直写、干法或湿法刻蚀，然后再进行外延生长。这种方法的优点是量子点(QD)的尺寸、形状和密度可控，但由于加工带来的界面损伤和工艺过程引入的杂质污染等，使其器件性能与理论的预言值相差甚远。

(2)利用应变自组装模式(SK生长模式)生长量子点材料是目前常用的量子点材料制备方法。SK生长模式适用于晶格失配较大，但表面、界面能不是很大的异质结材料体系。SK外延生长初始阶段是二维层状生长，通常只有几个原子层厚，称之为浸润层；随着层厚的增加，应变能不断积累，当达到某一个临界厚度t_c时，外延生长由二维层状生长过渡到三维岛状生长，从而降低系统的能量；三维岛生长初期形成的纳米量级尺寸的小岛周围是无位错的，若用禁带宽度大的材料将其包围起来，小岛中的载流子受到三维限制，称之为量子点；在生长的单层量子点基础上，重复上述生长过程，可获得量子点超晶格结构。通过控制量子点的生长条件，可以获得高质量的量子点材料。这种方法的缺点是其尺寸、形状、分布均匀性和密度较难控制。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种Si掺杂InAs/GaAs量子点激光器及其制备方法，通过在InAs/GaAs量子点材料中引入适当的Si原子，提升量子点材料的光学性能，从而改善量子点激光器的性能。

(二)技术方案

为实现上述技术目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种Si掺杂InAs/GaAs量子点激光器，包括衬底以及生长于其上的外延层；

所述外延层的下部包括缓冲层、缓冲层上部的下包层以及下包层上部的下波导层；

所述外延层的上部包括上波导层、上波导层上部的上包层以及上包层上部的欧姆接触层；

所述外延层的中部包括量子点有源区，该量子点有源区包括Si掺杂的量子点层、量子点层上部的第一盖层以及第一盖层上部的第二盖层形成的周期结构。

作为进一步实施方案，所述Si掺杂的量子点层的主体材料为InAs。

作为进一步实施方案，所述第一盖层的材料为InGaAs或GaAs，所述第二盖层的材料为GaAs。

作为进一步实施方案，所述衬底、缓冲层、下波导层、上波导层以及欧姆接触层的主体材料为GaAs。

作为更进一步实施方案，所述衬底和缓冲层为n型掺杂GaAs；所述下波导层和上波导层为纯的GaAs；所述欧姆接触层为p型掺杂GaAs。

作为进一步实施方案，所述下包层和上包层的主体材料为AlGaAs。

作为更进一步实施方案，所述下包层为n型掺杂AlGaAs；所述上包层为p型掺杂AlGaAs作为进一步实施方案，所述周期结构的周期数为1～20。

作为进一步实施方案，所述Si掺杂的量子点层其量子点生长厚度为0～10ML，Si的掺杂浓度为1×10³～1×10²⁴cm^-3(ML：单原子层厚度，即所生长材料一个原子层的厚度)。

作为进一步实施方案，所述第一盖层的生长厚度为0～30nm。

作为进一步实施方案，所述第二盖层的生长厚度为0～30nm。

为实现上述技术目的，作为本发明的另一个方面，本发明提供一种Si掺杂InAs/GaAs量子点激光器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：选择一衬底；

步骤2：在该衬底上生长一层缓冲层；

步骤3：在缓冲层上生长下包层；

步骤4：在下包层上生长下波导层；