本發明專利技術涉及半導體光電子材料與器件領域，公開了一種GaAs基含B高應變量子阱的制備方法，包括步驟：S1、在GaAs襯底上生長GaAs緩沖層；S2、在所述GaAs緩沖層的頂部生長高應變阱層，生長過程中通入B源形成含B高應變阱層；S3、在所述含B高應變阱層上生長GaAs壘層或應變補償壘層，形成GaAs基含B高應變量子阱。本發明專利技術還公開了一種GaAs基含B高應變量子阱以及一種邊發射半導體激光器。本發明專利技術通過將B并入到InGaAs或GaAsSb中補償In、Sb并入GaAs導致的晶格常數變大，從而實現對晶格失配度的調控；通過將B并入到InGaAs或GaAsSb中降低高應變InGaAs或GaAsSb的表面能，從而進一步拓展InGaAs/GaAs和GaAsSb/GaAs高應變量子阱的發光波長；通過對含B高應變阱層進行應變補償，從而提高量子阱的光學質量。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體光電子材料與器件領域，尤其涉及一種GaAs基含B (硼)高應變量子阱及其制備方法，以及基于此含B高應變量子阱的邊發射半導體激光器。
技術介紹
GaAs (砷化嫁)基 InGaAs/GaAs 和 GaAsSb/GaAs 高應變量子講(Quantum Well,QW)結構(其中InGaAs和GaAsSb為阱層，GaAs為壘層)因其可在GaAs襯底上實現長波長發光而一直受到人們關注，并被廣泛應用于半導體激光器、光探測器及超輻射管的研制。對于InGaAs/GaAs高應變量子阱，由于受InGaAs阱中In(銦)組分的限制，在GaAs襯底上生長的InGaAs/GaAs高應變QW的最長室溫光致發光譜(RT-PL譜)峰值波長僅 1.257 u m[Appl.Phys.Lett.，84，5100 (2004)]，還無法實現 1.3 y m 或更長波段發光。目前，拓展InGaAs/GaAs高應變QW的發光波長主要通過在阱區中摻入V族氮(Nitrogen，N)元素來實現，利用N并入造成的能帶彎曲效應來進一步減小帶隙，進而將發光波長拓展到1.3i!m甚至1.55i!m波段。但是N并入會帶來很多不利的影響(如N在外延層中分布不均勻、導致相分凝、引入缺陷使得材料質量劣化等)，最終影響含N半導體光電子器件的壽命和可靠性。另外一種可在GaAs襯底上實現長波長發光的材料系是GaAsSb/GaAs高應變QW。目前，盡管GaAsSb/GaAs高應變QW已實現了 1.295 y m波長連續激射[Electron.Lett.,37,566 (2001)]，但進一步向長波長拓展就需要加大Sb (銻)組分，這使得阱和壘之間應變更大，材料制備更加困難。
技術實現思路
(一 )要解決的技術問題本專利技術要解決的技術問題是:1)如何解決由于InGaAs及GaAsSb阱層與GaAs壘層之間晶格失配(或稱為應變)度大而導致InGaAs及GaAsSb阱層中In、Sb組分不能繼續提高，從而使得InGaAs/GaAs及GaAsSb/GaAs量子阱發光波長無法拓展的問題。2)如何解決由于InGaAs/GaAs及GaAsSb/GaAs高應變量子阱中阱層材料表面能過高，導致InGaAs/GaAs及GaAsSb/GaAs量子阱發光波長無法拓展的問題。3)如何有效提高InGaAs/GaAs及GaAsSb/GaAs高應變量子阱光學質量。( 二 )技術方案為解決上述技術問題，本專利技術提供了一種GaAs基含B高應變量子阱的制備方法，包括以下步驟:S1、在GaAs襯底上生長GaAs緩沖層；S2、在所述GaAs緩沖層的頂部生長高應變阱層，生長過程中通入B源以形成含B高應變阱層；S3、在所述含B高應變阱層上生長GaAs壘層或應變補償壘層，以形成GaAs基含B高應變量子阱。優選地，在S3步驟之后還包括:S4、重復步驟S2、S3若干次，形成多量子阱。在步驟S4之后還包括:S5、用一定厚度的GaAs蓋帽層覆蓋所述含B量子阱，以形成更優的含B量子阱。所述應變補償層材料為GaAsP> InGaP、BGaAs、GaAs-GaAsP、GaAs-1nGaP、GaAs-BGaAs、GaAsP-GaAs、InGaP-GaAs、BGaAs-GaAs 中的一種或幾種的組合。優選地，BInGaAs或BGaAsSb阱層的材料中，In或Sb的組分大于或等于30%。本專利技術還提供了一種采用所述的方法所制備的GaAs基含B高應變量子阱。本專利技術還提供了一種邊發射半導體激光器，所述激光器以所述的GaAs基含B高應變量子阱作為有源區。(三)有益效果本專利技術的GaAs基含B高應變量子阱(BlnGaAs/GaAs和BGaAsSb/GaAs高應變QW)的制備方法中，通過將B并入到InGaAs或GaAsSb中以彌補In、Sb并入GaAs所導致的晶格常數變大的缺陷，從而實現對晶格失配度的調控；通過將B并入到InGaAs或GaAsSb中降低高應變InGaAs或GaAsSb的表面能，從而進一步拓展了 InGaAs/GaAs和GaAsSb/GaAs高應變QW的發光波長；通過應變補償提高了含硼量子阱的光學質量。附圖說明圖1為在GaAs襯底上生長BlnGaAs/GaAs MQff的外延結構示意 圖2為以BlnGaAs/GaAs量子阱作為有源區的邊發射激光器外延結構示意圖；圖3為在GaAs襯底上生長BGaAsSb/GaAs MQff的外延結構示意圖；圖4為以BGaAsSb/GaAs量子阱作為有源區的邊發射激光器外延結構示意圖；圖5為5周期BlnGaAs/GaAs量子阱的X射線衍射(XRD) -2 0掃描圖樣；圖6為5周期BlnGaAs/GaAs量子阱的室溫PL譜圖。具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本專利技術的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本專利技術，但不用來限制本專利技術的范圍。本專利技術的具體思路如下:111族元素B具有小共價半徑(B、Ga、In原子共價半徑分別為0.82 A、1.26 A、1.44A,么8、513原子共價半徑分別為1.20人、1.40人)，因此8并入到InGaAs或GaAsSb中可以補償In、Sb并入GaAs導致的晶格常數變大，從而實現對晶格失配度的調控。此外過高的表面能會導致二維(2D)生長轉變三維(3D)生長，從而影響量子阱界面質量，甚至導致3D成島形成量子點，因此B并入有可能降低高應變InGaAs或GaAsSb的表面能，從而抑制2D生長到3D生長的轉化。從這兩方面考慮，B的并入就使得提升已受晶格失配度和2D-3D生長模式轉變限制的InGaAs/GaAs應變QW中的In組分以及GaAsSb/GaAs應變QW中的Sb組分成為可能，從而進一步拓展InGaAs/GaAs和GaAsSb/GaAs高應變QW的發光波長。實施例1本專利技術實施例在GaAs襯底(GaAs substrate)上生長5周期BlnGaAs/GaAs高應變多量子阱結構的方法，可以增大GaAs基InGaAs/GaAs高應變多量子阱的發光波長，如圖1所示，包括步驟:a、在GaAs襯底上生長一層GaAs緩沖層(GaAs buffer layer),以確保襯底表面平滑且無明顯缺陷；b、在GaAs緩沖層的頂部上生長高應變ByInxGa1TyAs阱層。B并入會抵消In、Sb并入造成的晶格常數過大的問題。在B并入的同時，增大In或Sb源的摩爾流量，從而使得阱層中In或Sb組分進一步提升；高應變ByInxGa1^As講層中In的組分大于或等于30%,且可通過增大B組分進一步提高。C、在高應變ByInxGamAs阱層上生長GaAs壘層或應變補償壘層(如GaAsP、InGaP、BGaAs、GaAs-GaAsP、GaAs-1nGaP、GaAs-BGaAs、GaAsP-GaAs、InGaP-GaAs、BGaAs-GaAs等)，形成GaAs基含B高應變量子阱；d、重復步驟b、c五次以形成5周期高應變BlnGaAs/GaAs多量子阱結構(MQW結構)，具體周期數可根據需要變化；e、用一定厚度的GaAs蓋帽層(GaAs cap)覆蓋MQW結構，形成更優的含B量子阱。蓋帽層的厚度根據需要而定，其主要作用是保護MQW結構，避免其與空氣直接接觸而發生氧化。本實本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種GaAs基含B高應變量子阱的制備方法，包括以下步驟：S1、在GaAs襯底上生長GaAs緩沖層；S2、在所述GaAs緩沖層頂部生長高應變阱層，生長過程中通入B源以形成含B高應變阱層；S3、在所述含B高應變阱層上生長GaAs壘層或應變補償壘層，以形成GaAs基含B高應變量子阱。
【技術特征摘要】
1.一種GaAs基含B高應變量子阱的制備方法，包括以下步驟: 51、在GaAs襯底上生長GaAs緩沖層； 52、在所述GaAs緩沖層頂部生長高應變阱層，生長過程中通入B源以形成含B高應變阱層； 53、在所述含B高應變阱層上生長GaAs壘層或應變補償壘層，以形成GaAs基含B高應變量子講。2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在S3步驟之后還包括:S4、重復步驟S2、S3若干次，形成多量子講。3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述含B高應變阱層的材料為BInGaAs或BgaAsSb。4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述應變補償...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王琦，賈志剛，郭欣，任曉敏，黃永清，
申請(專利權)人：北京郵電大學，
類型：發明
國別省市：
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