2μm波段Sb基多量子阱材料的制备_李占国

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5卷第2期 第2013年2月 2

强激光与粒子束

HIGH POWERLASERANDPARTICLEBEAMS     

Vol.25,No.2 

,Feb.2013 

()文章编号:0014322201302050503 1---

2.0μm波段Sb基多量子阱材料的制备

李占国1, 尤明慧12, 邓 昀1, 刘国军1, 李 林1, 高 欣1, 曲 轶1, 王晓华1

()1.长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室,长春130022;30022 2.空军航空大学基础部,长春1

/优化I生长nGaAsSbAlGaAsSb多量子阱点材料的生长速率、  摘 要: 采用分子束外延外延生长技术,温度和束流比等生长参数,获得了高质量的多量子阱材料。室温光荧光谱表明,材料的发光波长为2.0μm左右。该结果表明,通过优化生长条件和结构参数制备的量子阱材料,可以获得良好的结构质量和光学特性。所制备的器件室温条件下输出功率2阈值电流32mW,00mA。

关键词: 多量子阱; 分子束外延; 中红外波段

:/436    文献标志码:oi10.3788HPLPB20132502.0505  中图分类号: O A  d

也是非常重要的大气窗口,在大气光学检测和m GaSb基材料是中红外波段激光器件的首选材料,  2~5μ

]14-

环境监测、自由空间光通讯、红外测试、分子光谱测量、激光医疗、红外雷达、生物技术和热成像等[领域表现

]39-

,出巨大的应用潜力。尽管已经有输出功率为瓦级器件的报道[但是,随着波长由2μm向5μm附近长波方激光器材料和器件的性能变差,主要原因有三方面:首先,要使发射波长向长波方向推进,就要提高阱向推进,

/层的I这样会导致I使量子阱对自由载流子的限制作用n和As的组分,nGaAsSbAlGaAsSb的导带带阶下降,自由载流子的泄漏几率增大,效率降低;其次,窄禁带的锑化物材料,自由载流子对光模的吸收效应突出,变差,

影响材料的发光质量;最后,提高I材料极易产生相分凝,高质量的n组分会使InGaAsSb材料进入不互溶区,

]39-

。本文利用非动力学平衡的MB克服材料生长中不互溶区对材料的影外延材料不易获得[E外延生长技术,/响,优化生长参数和结构参数,分析其对InGaAsSbAlGaAsSb量子阱材料质量的影响。

1 样品制备

,(,;,;高纯源为Ⅲ族G掺杂源:a(7N)Al7N)In(7N)V族非裂解源As(5N)Sb(7N)n型掺杂选用Te

(,(。选用的衬底为n型掺T;7N)e7N)e的GaSb衬底。分子束外延设备(MBE,VG V80H)p型掺杂选用B

(,;/)。光荧光谱仪(XraXRD,PhilisX’MRD)PL,BrukerIFS66VSert-   ypp

多量子阱的制备过程为:在预备室3将GGaSb衬底在速装室150℃出气5h,50℃出气2h,aSb衬底送入生长室,脱氧解吸的温度为6然后温度降低至5生长1μ00℃,60℃,m的GaSb缓冲层。AlasSb0.9G0.1A0.060.94

18

下限制层,生长温度5数密度为5×1生长1.非40℃,Te掺杂,0cm-3,2μm;AlasSb0.35G0.65A0.030.97下波导层,

/掺杂,生长0.其中x为0.4μm;5个周期的15nm-Alasb10nmInasb11~-0.35G0.65A0.03S0.97xG1-xA0.1S0.9()多量子阱层,生长温度5非掺杂,生长0.0.2040℃;AlasSb4μm;Alas0.35G0.65A0.030.97上波导层,0.9G0.1A0.06

18

生长温度5数密度为5×1厚度为1.盖层为5Sb40℃,Be掺杂,0cm-3,2μm;0nm的p型GaSb0.94上限制层,

19

//Ⅲ比为8层,生长温度5数密度为1×1生长速率0.40℃,Be掺杂,0cm-3。整个生长过程中,8~1.0μmh,V0。~1

2 结果与讨论

/在2μmInGaAsSbAlGaAsSb量子阱激光器中,AlGaAsSb材料作为势垒层,InGaAsSb材料为势阱层, 

材料的组分、应变等对量子阱的能级位置、能带结构有重要影响,进而影响激光的性能。制备2μm波段量子阱

/激光器的首要条件是生长质量优良的I材料的质量直接影响激射的波长、nGaAsSbAIGaAsSb多量子阱材料,、发光强弱等性能。通常采用X射线衍射(光荧光谱(XRD)PL)等非损伤性方法来测量多量子阱材料的发光

特性,判断材料的性能。

;2012053020120704*收稿日期:--  修订日期:--

,);)基金项目:国家自然科学基金项目(总装预研基金项目(6100603960976056232760

,。作者简介:李占国(男,博士,主要从事光电子材料及器件方面的研究;1980—)lzh000@yahoo.com.cng—),,,;。通信作者:刘国军(男研究员主要从事光电子材料及器件方面的研究1964lzh000@126.comg

506

强激光与粒子束第25卷

有源区导带与价带的自由载流子注入与量子阱厚度有关。量子阱厚度(阱宽和  对于量子阱结构的激光器,垒宽之和)增加,会导致能级不同,引起电子跃迁不同,发光强度也就不同,这是因为随着阱宽的减小,电子和空穴受到的量子限制作用更明显,这导致阱内束缚态的子带数量减小,子带间的能量差距增大。这样随着阱宽减小,空穴态密度更多依赖HH相当于减小了价带顶的空穴态密度,相同的注入载流子密度下阱1子带上的态,宽小的量子阱可以获得更低的准费米能级位置,随着准费米能级位置的降低,空穴在HH1子带空穴态上的占即提高了粒子数反转的程度,从而提高了量子阱的增益。据几率提高,

所制备的样品的光荧光谱(如图1所示,但是发光强度与量子阱厚度不是线性关系,这是因为量子阱PL)在临界厚度以下材料缺陷较少,量子阱内自由载流子复合几率加大,其发光特性材料内存在临界厚度的影响,

10]

,一般较好,而且材料外延生长结构质量和截面均匀性较好时,体现在X会出现多级卫星衍射峰[RD测试上,

)。实验中,如图2所示I采用2个或3个量子阱是比较合适的,因为材料的生长过程较容易控n组分XI2n=制,且材料阱区处于临界厚度之下。在外延生长质量较好的情下,图1反映出不同阱厚材料的光荧光强度和半峰高(的大小

。FWHM)

/Fi.1 InGaAsSbAlGaAsSbMQW PLsectrawithdifferentwellthicknessesatroomtemerature         gpp

/图1 室温下不同阱厚度的I的光荧光谱图(nGaAsSbAlGaAsSb多量子阱(MQW)PL

/i.2 XRDcurveofInGaAsSbAlGaAsSbMQW  F    g

曲线XRD)

图2 X射线(

(owerFi.3 CharacteristicofoututcurrentP-I)   -pgp

ofdeviceatroomtemerature    p图3 室温下器件的电流-功率(曲线P-I)

第2期

李占国等:2.0μm波段Sb基多量子阱材料的制备

507

/解理成1采用了标准的光刻工艺。在10mm×10mm的小片,00  选择经过测试后质量较好的外延片,

刻蚀掩膜,清洗后烘烤,然后采用电子束蒸发工艺溅射0.1000级光刻间采用标准的光刻工艺,15μm厚度为//剥离光刻胶,清洗后,100nm的SiO0nm Ti30nmPt500nm Au,Ti层为 p型欧姆接触溅射32电流隔离层,

/粘附层,Pt层为阻挡层,Au层为接触层。机械减薄衬底至130μm左右,n型欧姆接触溅射40nm Au150

,纯氢气氛中合金3完100nm Ni420℃温度条件下,0s后n面电镀金约1000nm用于电极球焊引线,nmGe/腔长为1注入电流1.成欧姆接触工艺。制备的激光器条宽为50μm,000μm。器件阈值电流约为300mA,5A

时,最大出射功率约为2如图3所示。2mW,

3 结 论

/本文采用MB通过优化调节量子阱的生长参数,获E外延技术生长InGaAsSbAlGaAsSb多量子阱材料,

材料的发光波长约为2.得了具有高质量的多量子阱材料。室温荧光光谱表明,0μm。该结果表明通过调节生长参数和材料组分等参数可以获得质量较好的外延材料。参考文献:

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Fabricationof2.0μmSbbasedmultiuantum-wellmaterials   - -q 

11,2111111

,,,,,LiZhanuoouMinhuienYuniuGuouniLinaoXinuYianXiaohua  Y  , D L  L  G  Q  , Wgggjg  

(1.National KeLaboratoron Hih PowerSemiconductorLasers,Chanchun Universit  y yggy 

oScienceand TechnoloChanchun130022,China; f gy,g2.Basic DeartmentoAviation UniversitoAirForce,Chanchun130022,China)  pf yf g 

:/bstracthisaerstudiesarametersofInGaAsSbAlGaAsSbmultiuantum-well(MQW)materialsrownbmolecu  A T      -  -pppqgy (,,,larbeameitaxMBE)includintherowthraterowthtemeratureandfluxforhihualitMQW materialsresectivel.          pygggpgqypy  ,AswellcharacterizationoftheeilaersbXradiffraction(XRD)indicateshihuniformitandexcellentcrstallineualit    - -     pyyygyyqy   (withsatelliteeaks.Emittinwavelenthisabout2.0μm measuredbhotoluminescencePL)atroomtemerature(RT).The        pggypp  excellentcrstallineualitandoticalcharacteristicareobtainedthrouhotimizationofrowthconditionsandstructurearame              -yqypgpgp ters.Thethresholdcurrentofthefabricateddeviceisabout300mA,theoututoweris22mWatroomtemerature.                ppp:;;ewordsultileuantum-wellolecularbeameitaxidinfrared  K m- m   m-pqpyy 

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/xnz4.html

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