[发明专利]一种量子阱发光管外延片及其生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体发光管领域，具体涉及一种量子阱发光管外延片及其生长方法，尤其是一种涉及中心波长在800nm±10nm波段的近红外半导体发光管用的AlGaInAs量子阱发光管外延片结构及生长方法。

背景技术

GaAs基的III-V族化合物半导体材料属于闪锌矿结构，直接带隙跃迁，在制作红外发光二极管(LED)、红外激光管(LD)等半导体光电器件、光电子集成电路方面有重要的应用。GaAs基的红外发光管在红外防盗、报警，自动计数、编码，生产安全保护、监控等方面也有很大的发展前景，国内需求量非常大。目前市场上的半导体发光管主要集中在可见光领域，红外发光管无论从研发角度还是生产角度，所占比例均较小。而且已有的红外发光管的波段仅限于850nm和940nm，在800nm附近还没有相关的文献报道和产品出售。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种采用单个或多个AlGaInAs应变量子阱做为发光区的GaAs基红外发光管用的量子阱发光管外延片及其生长方法，器件中心光光波长为800nm左右。

本发明采用以下技术方案：

本发明一种量子阱发光管外延片，至少包括：

层n型掺杂GaAs衬底；

一层n型掺杂的GaAs缓冲层，位于衬底之上；

一层n型掺杂的AlGaAs下限制层，位于缓冲层之上；

一层非掺杂或少量n型掺杂或部分厚度n型掺杂的AlGaAs下波导层，位于下限制层之上；

一个或多个非掺杂的AlGaInAs/AlGaAs量子阱结构，位于下波导层之上；

一层非掺杂或少量p型掺杂或部分厚度p型掺杂的AlGaAs上波导层，位于量子阱结构之上；

一层p型掺杂的AlGaAs上限制层，位于上波导层之上；

一层p型掺杂的GaAs欧姆接触层，位于上限制层之上。

本发明上述量子阱结构若是多个，则量子垒材料与下波导层材料相同，但不掺杂，厚度可以与量子阱厚度相同也可以不同。

本发明外延片生长采用金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)方法制备，生长室气压为1～100mbar；生长温度控制在700～750℃之间。

本发明金属源采用的是三甲基镓、三甲基铝、三甲基铟，五族源为100％纯度的砷烷，掺杂源分别为二甲基锌(p型)和2％的硅烷(n型)。

本发明提供的这种红外光光管的发光区采用量子阱结构，可以是单量子阱也可以是多量子阱，由于量子阱的量子尺寸效应，基态能级不再位于导带底和价带顶，可以通过细微调整量子阱的厚度等条件来调整发光管的中心波长；

本发明提供的这种红外发光管的量子阱中加入了少量In替代了Al产生了压应变，可以起到抑制缺陷生长的作用，提高了器件的可靠性；

本发明提供的这种红外发光管的发光区在上、下限制层之间加入了上、下波导层，从而提高了发光区的体积，即可以减少由于限制层的掺杂对光子的损耗，也可以减少当入电流密度增加时载流子的泄露，从而减少了由此产生的光饱和效应；

本发明提供的这种红外发光管的上、下限制层的Al组分应比上、下波导层的Al组分高，从而使上、下限制层的折射率稍低于波导层的折射率，对光会产生限制作用，所以本外延片结构更适用于侧面红外发光管的制作，但不限于此。

附图说明

图1是本发明外延片结构示意图。

图2是本发明采用的多量子阱结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体的实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1、2所示，一种中心波长为800nm附近，采用应变量子阱AlGaInAs做为发光区的半导体红外发光管的外延片，至少包括：

一层n型掺杂GaAs衬底10；

一层n型掺杂的GaAs缓冲层11，位于衬底之上；

一层n型掺杂的AlGaAs下限制层12，位于缓冲层之上；

一层非掺杂域少量n型掺杂或部分厚度n型掺杂的AlGaAs下波导层13，位于下限制层之上；

个或多个非掺杂的AlGaInAs/AlGaAs量子阱141/142结构，位于下波导层之上；

一层非掺杂或少量p型掺杂或部分厚度p型掺杂的AlGaAs上波导层15，位于量子阱结构外延层之上；

一层p型掺杂的AlGaAs上限制层16，位于上波导层之上；

一层p型掺杂的GaAs欧姆接触层17，位于上限制层之上；