[发明专利]一种纳米图形衬底侧向外延硅基量子点激光器材料及其制备方法有效

专利信息
申请号: 201610888922.X 申请日: 2016-10-12
公开(公告)号: CN106480498B 公开(公告)日: 2019-05-17
发明(设计)人: 王俊;胡海洋;成卓;樊宜冰;马浩源;杨泽园;张然;马星;黄永清;任晓敏 申请(专利权)人: 北京邮电大学
主分类号: C30B25/18 分类号: C30B25/18;C30B25/04;C30B29/42;H01S5/343
代理公司: 北京永创新实专利事务所 11121 代理人: 姜荣丽
地址: 100876 *** 国省代码: 北京;11
权利要求书: 查看更多 说明书: 查看更多
摘要: 发明公开了一种纳米图形衬底侧向外延硅基量子点激光器材料及其制备方法,属于半导体激光器技术领域。本发明在单晶硅衬底上制作种子层、位错阻挡层和激光器材料。所述的种子层包括GaAs低温成核层和GaAs高温缓冲层;位错阻挡层包括纳米尺寸图形掩膜和GaAs侧向外延层;激光器材料包括n型欧姆接触层、n型限制层、下波导层、量子点有源区、上波导层、p型限制层和p型欧姆接触层。本发明通过图形衬底对穿透位错的阻挡作用,能有效地降低GaAs外延层的位错密度,提高GaAs外延层的晶体质量,进而提高量子点激光器性能和质量。本发明能够大面积、高重复性、均匀地完成材料生长和制备,更加符合产业化的需求。
搜索关键词: 一种 纳米 图形 衬底 侧向 外延 量子 激光器 材料 及其 制备 方法
【主权项】:
1.一种纳米图形衬底侧向外延硅基量子点激光器材料的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:第一步,在单晶硅衬底上制作GaAs低温成核层;具体为:将清洁的单晶硅衬底在氢气环境升温到220℃烘烤30分钟;然后在氢气和砷烷混合气体环境升温到750℃,烘烤15分钟;最后降温到400~420℃利用MOCVD方法生长15~20nm的GaAs低温成核层,生长源流量为:三甲基镓2.7×10‑5mol/min,砷烷6.7×10‑3mol/min;第二步,在所述的GaAs低温成核层上制作GaAs高温缓冲层;具体为:首先经过10分钟,从低温缓冲层生长温度的基础上升温到610~640℃,利用MOCVD方法生长200~400nm GaAs高温缓冲层;然后经6分钟升温到670~690℃,生长1000~1500nm GaAs高温缓冲层;在所述的1000~1500nm GaAs高温缓冲层生长过程中,选取1~3个不同厚度的位置,在氢气和砷烷混合气体氛围中进行同样条件的原位热循环退火;所述的原位热循环退火是指在所述的1000~1500nm GaAs高温缓冲层的厚度达到选取的第一个位置时,首先经过2分钟使温度从其生长温度上升到750℃,再经过7分钟使温度从750℃下降到350℃,并保持6分钟;再经过7分钟使温度从350℃上升到750℃,并保持5分钟;在所述的第一个位置重复上述过程3~5次,完成一次原位热循环退火;然后经过2分钟使温度从750℃下降到生长温度,继续所述的高温缓冲层的生长,在到达选取的第二个位置时,进行上述同样条件的原位热循环退火;第三步,在所述的GaAs高温缓冲层上制作纳米尺寸图形掩膜;具体为:首先生长SiO2薄膜,然后将设计好的图形转移到SiO2薄膜上,最后刻蚀出图形,形成纳米尺寸图形掩膜;第四步,在所述纳米尺寸图形掩膜上制作GaAs侧向外延层;具体为:在750℃下,利用MOCVD方法,首先进行选区外延,三甲基镓6.75×10‑6mol/min,V/III比为200,生长时间400s;然后进行横向合并生长,三甲基镓13.5×10‑6mol/min,V/III比为400,生长时间900s;最后进行平面生长,三甲基镓2.7×10‑5mol/min,V/III比为400,生长时间900s;第五步,在所述GaAs侧向外延层上制作n型欧姆接触层;具体为:在680~720℃下利用MOCVD方法生长300nm~500nm厚的n型Si掺杂GaAs,掺杂浓度为5×1018~1×1019cm‑3,生长源流量为:三甲基镓4.0×10‑5mol/min,砷烷6.7×103mol/min,硅烷4.3×10‑6mol/min;第六步,在所述n型欧姆接触层上制作n型限制层;具体为:在700℃~720℃下利用MOCVD方法生长1300nm~1800nm厚的n型Si掺杂AlGaAs,掺杂浓度为1017~1018cm‑3,生长源流量为:三甲基镓4.0×10‑5mol/min,三甲基铝2.6×10‑5mol/min,砷烷6.7×10‑3mol/min,硅烷4.3×10‑7mol/min~4.4×10‑6mol/min;第七步,在所述n型限制层上制作下波导层;具体为:在600℃~720℃下利用MOCVD方法生长80nm~100nm厚的非故意掺杂AlGaAs,生长源流量为:三甲基镓4.0×10‑5mol/min,三甲基铝8.7×10‑6mol/min,砷烷6.7×103mol/min;第八步,在所述下波导层上制作量子点有源区;所述的量子有源区包括N层量子点结构,N为3~10,每层量子点结构包含InAs量子点层、GaAs盖层和p掺杂的GaAs隔离层,每层量子点结构的制作方法为:在480℃~500℃下利用MOCVD方法生长非故意掺杂的InAs量子点层,生长时间55s,V/III比为5~15,生长源流量为:三甲基铟8.6×10‑7mol/min,砷烷4.9×10‑6mol/min;在480℃~500℃下利用MOCVD方法生长6~10nm非故意掺杂的GaAs盖层,V/III比为50~100,生长源流量为:三甲基镓4.0×10‑5mol/min,砷烷2.7×10‑3mol/min;在580℃~600℃下利用MOCVD方法生长25~40nm p掺杂的GaAs隔离层,掺杂形式为调制掺杂,在距离InAs量子点层25nm处掺入Be,掺杂浓度为5×1017cm‑3,V/III比为50~100,生长源流量为:三甲基镓4.0×10‑5mol/min,砷烷2.7×10‑3mol/min;第九步,在所述的量子点有源区上制作上波导层;具体为:在600℃~700℃下利用MOCVD方法生长80nm~100nm厚的非故意掺杂AlGaAs,生长源流量为:三甲基镓4.0×10‑5mol/min,三甲基铝8.7×10‑6mol/min,砷烷6.7×103mol/min;第十步,在所述上波导层上制作p型限制层;具体为:在700℃~720℃下利用MOCVD方法生长1300nm~1500nm厚的p型掺杂AlGaAs,掺杂浓度为1017~1018cm‑3,生长源流量为:三甲基镓4.0×10‑5mol/min,三甲基铝2.6×105mol/min,砷烷6.7×10‑3mol/min,二乙基锌9.2×10‑7mol/min~9.2×10‑6mol/min;第十一步,在所述p型限制层上制作p型欧姆接触层;具体为:在550℃~700℃下利用MOCVD方法生长150nm~300nm厚的p型重掺杂GaAs,掺杂浓度为1019~1020cm‑3,生长源流量为:三甲基镓4.0×10‑5mol/min,砷烷2.7×10‑3mol/min,二乙基锌3.7×10‑6mol/min。
下载完整专利技术内容需要扣除积分,VIP会员可以免费下载。

该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息,商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于北京邮电大学,未经北京邮电大学许可,擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作,请联系【客服

本文链接:http://www.vipzhuanli.com/patent/201610888922.X/,转载请声明来源钻瓜专利网。

×

专利文献下载

说明:

1、专利原文基于中国国家知识产权局专利说明书;

2、支持发明专利 、实用新型专利、外观设计专利(升级中);

3、专利数据每周两次同步更新,支持Adobe PDF格式;

4、内容包括专利技术的结构示意图流程工艺图技术构造图

5、已全新升级为极速版,下载速度显著提升!欢迎使用!

请您登陆后,进行下载,点击【登陆】 【注册】

关于我们 寻求报道 投稿须知 广告合作 版权声明 网站地图 友情链接 企业标识 联系我们

钻瓜专利网在线咨询

周一至周五 9:00-18:00

咨询在线客服咨询在线客服
tel code back_top