[发明专利]高均匀性（In）GaAsP/(AlGa)0.5In0.5P外延片的生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属有机化学气相沉积(Metalorganic Chemical Vapor-Phase DepositionMOCVD)技术领域，特别是一种高均匀性(In)GaAsP/(AlGa)_0.5In_0.5P外延片的生长方法。

背景技术

780～850nm大功率半导体激光器在军事、医疗和通讯信息领域有着非常广泛的应用和市场需求，例如808nm大功率量子阱半导体激光器是Nd:YAG固体激光器理想的高效泵浦光源，由于巨大的市场需求，780～850nm大功率量子阱半导体激光器迅速发展。无铝(In)GaAsP/GaInP有源区相对于InGaAlAs/AlGaAs含铝有源区的器件在可靠性、寿命等方面具有显著的优越性，目前生长(In)GaAsP/(AlxGa1-x)_0.5In_0.5P大功率半导体激光器已成为一个国际热点。金属有机化学气相沉积方法较分子束外延等其他外延生长方法更适用于大批量生产。外延片的均匀性对器件的产量、价格及可靠性等性能都具有相当重要的影响，但是采用MOCVD法生长的外延片，靠旋转放衬底的石墨基座或倾斜托盘(susceptors)仅能解决外延片的厚度均匀性问题，而组分不均匀问题仍然存在。组分的不均匀是与以下两个因素有关，一是石墨基座存在温度梯度，第二是选用的生长源的化学性质差异。

用MOCVD法外延生长(In)GaAsP/GaInP无铝有源区大功率半导体激光器时，传统的量子阱层生长源为金属有机III族源(三甲基镓和三甲基铟)和氢化物V族源(磷烷和砷烷)，但是由于磷烷和砷烷的分解温度差异很大，在575℃下就有50％的砷烷热解了，而磷烷的热解则需要大于850℃高温。生长In1-xGaxAs1-yPy时，合金中的[P]/[As]组分和气相中的[P]/[As]比可以下式表示：(y/1-y)＝K(fp/fAs)，其中K为分布系数，fp、fAs分别为气相中P和As的摩尔比值。在已经优化过的生长温度下(700～740℃)，因为砷烷和磷烷分解速率的差异，其分布系数K远小于1，要得到所需波长P/As组分比的外延片，需要通入的fp/fAs比非常高。但更重要的是(In)GaAsP外延层的P/As组分强烈依赖分布系数K值，而K是温度的指数函数(Arrenius表达式：K＝Aexp(-E/RT)，E为激活能，R为气体常量，T是绝对温度)，故而合金中As/P组分对温度十分敏感，这使生长同时含As和P元素材料的组分控制变得十分困难，尤其是在大面积或多片外延系统进行外延生长。在一般商用的MOCVD系统上，用这些源生长的(In)GaAsP外延片，其光荧光(PL)谱在片子中心波长较长，边缘波长较短，如图2所示，也就是说外延片的边缘是富P区，因为生长时由于接触热阻的不同，外延片的边缘温度要高于中心，更高的温度产生富P区。要获得波长均匀性高的外延片就要保证石墨基座的温度十分均匀，同时单片内及片间外延片和石墨基座的接触热阻也都要一致，这个要求对目前的MOCVD系统来说是十分苛刻的。现有的提高含As、P元素合金均匀性的方法有提高V/III比，改善石墨基座温度梯度等，但是用这些方法生长的外延片可重复性并不理想。而且还需消耗大量的V族剧毒氢化物源，是MOCVD技术进行大批量生产继续发展的障碍。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高均匀性(In)GaAsP/(AlGa)_0.5In_0.5P外延片的生长方法。该生长方法易于控制外延片的组分并可以获得多片生长时单片内和片间的高组分均匀性。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种获得高均匀性(In)GaAsP/(AlGa)_0.5In_0.5P外延片的生长方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：取一衬底；

步骤2：将衬底放入低压金属有机化学气相沉积系统的反应室中，外延生长前将反应室升温、降压；

步骤3：分别以III族金属有机源和V族氢化物源为先驱源，在载气带动下进入反应室，在衬底上依次生长缓冲层、下包层和下波导层；

步骤4：保持反应室温度不变，将氢化物磷源切换为有机磷源，其他先驱源不变，在载气带动下进入反应室，以低V/III比在下波导层上生长有源层；

步骤5：将有机磷源切换回氢化物磷源，在有源层上依次生长上波导层、上包层和欧姆接触层；