[发明专利]GaAs基含B高应变量子阱及其制备方法、半导体激光器

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电子材料与器件领域，尤其涉及一种GaAs基含B(硼)高应变量子阱及其制备方法，以及基于此含B高应变量子阱的边发射半导体激光器。

背景技术

GaAs(砷化镓)基InGaAs/GaAs和GaAsSb/GaAs高应变量子阱(Quantum Well，QW)结构(其中InGaAs和GaAsSb为阱层，GaAs为垒层)因其可在GaAs衬底上实现长波长发光而一直受到人们关注，并被广泛应用于半导体激光器、光探测器及超辐射管的研制。

对于InGaAs/GaAs高应变量子阱，由于受InGaAs阱中In(铟)组分的限制，在GaAs衬底上生长的InGaAs/GaAs高应变QW的最长室温光致发光谱(RT-PL谱)峰值波长仅1.257μm[Appl.Phys.Lett.，84，5100(2004)]，还无法实现1.3μm或更长波段发光。目前，拓展InGaAs/GaAs高应变QW的发光波长主要通过在阱区中掺入V族氮(Nitrogen，N)元素来实现，利用N并入造成的能带弯曲效应来进一步减小带隙，进而将发光波长拓展到1.3μm甚至1.55μm波段。但是N并入会带来很多不利的影响(如N在外延层中分布不均匀、导致相分凝、引入缺陷使得材料质量劣化等)，最终影响含N半导体光电子器件的寿命和可靠性。

另外一种可在GaAs衬底上实现长波长发光的材料系是GaAsSb/GaAs高应变QW。目前，尽管GaAsSb/GaAs高应变QW已实现了1.295μm波长连续激射[Electron.Lett.，37，566(2001)]，但进一步向长波长拓展就需要加大Sb(锑)组分，这使得阱和垒之间应变更大，材料制备更加困难。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：1)如何解决由于InGaAs及GaAsSb阱层与GaAs垒层之间晶格失配(或称为应变)度大而导致InGaAs及GaAsSb阱层中In、Sb组分不能继续提高，从而使得InGaAs/GaAs及GaAsSb/GaAs量子阱发光波长无法拓展的问题。2)如何解决由于InGaAs/GaAs及GaAsSb/GaAs高应变量子阱中阱层材料表面能过高，导致InGaAs/GaAs及GaAsSb/GaAs量子阱发光波长无法拓展的问题。3)如何有效提高InGaAs/GaAs及GaAsSb/GaAs高应变量子阱光学质量。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种GaAs基含B高应变量子阱的制备方法，包括以下步骤：

S1、在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层；

S2、在所述GaAs缓冲层的顶部生长高应变阱层，生长过程中通入B源以形成含B高应变阱层；

S3、在所述含B高应变阱层上生长GaAs垒层或应变补偿垒层，以形成GaAs基含B高应变量子阱。

优选地，在S3步骤之后还包括：S4、重复步骤S2、S3若干次，形成多量子阱。

在步骤S4之后还包括：S5、用一定厚度的GaAs盖帽层覆盖所述含B量子阱，以形成更优的含B量子阱。

所述应变补偿层材料为GaAsP、InGaP、BGaAs、GaAs-GaAsP、GaAs-InGaP、GaAs-BGaAs、GaAsP-GaAs、InGaP-GaAs、BGaAs-GaAs中的一种或几种的组合。

优选地，BInGaAs或BGaAsSb阱层的材料中，In或Sb的组分大于或等于30％。

本发明还提供了一种采用所述的方法所制备的GaAs基含B高应变量子阱。

本发明还提供了一种边发射半导体激光器，所述激光器以所述的GaAs基含B高应变量子阱作为有源区。

(三)有益效果

本发明的GaAs基含B高应变量子阱(BInGaAs/GaAs和BGaAsSb/GaAs高应变QW)的制备方法中，通过将B并入到InGaAs或GaAsSb中以弥补In、Sb并入GaAs所导致的晶格常数变大的缺陷，从而实现对晶格失配度的调控；通过将B并入到InGaAs或GaAsSb中降低高应变InGaAs或GaAsSb的表面能，从而进一步拓展了InGaAs/GaAs和GaAsSb/GaAs高应变QW的发光波长；通过应变补偿提高了含硼量子阱的光学质量。

附图说明

图1为在GaAs衬底上生长BInGaAs/GaAs MQW的外延结构示意图；

图2为以BInGaAs/GaAs量子阱作为有源区的边发射激光器外延结构示意图；