[发明专利]制作砷化铟/磷化铟量子点激光器有源区的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别是指一种制作砷化铟/磷化铟量子点激光器有源区的方法，该方法基于低维半导体纳米结构量子点材料的量子器件，如砷化(镓)铟/磷化铟(In(Ga)As/InP)量子点激光器有源区的外延生长方法。具体地涉及通过控制生长停顿期间V族保护源调节砷化铟/磷化铟量子点材料发光波长。

背景技术

新一代高速光通信系统迫切需要低功耗、高性能长波长半导体激光光源。作为传送信号载体光波的发射源或光源的重要候选，半导体量子点激光器因其诸多优势受到了科学家们的极大关注。量子点具有三维限制载流子运动的能力，会产生类似原子的分裂能级，从而产生了很多独特的光电性质。半导体量子点激光器相比于一维受限的量子阱激光器具有更好的温度稳定性，更低的阈值电流密度、更高的微分增益、更小的频率啁啾效应等优越性能。

截止目前，基于砷化镓(GaAs)基的In(Ga)As量子点已被广泛深入研究。但由于InAs与GaAs材料晶格失配较大(7.1％)，InAs/GaAs量子点材料主要发光在1-1.3μm范围，尽管人们做了很多尝试试图拉长该体系量子点发光波长，作为光通讯应用的C波段(1530-1561nm)范围仍难以达到。因此，为了获得高性能1.55微米长波长量子点光源，人们将目光转向晶格失配较小(3.2％)的InAs/InP量子点材料系统。

由于InAs与InP的晶格失配小，采用应变自组织方式(SK)生长的InAs量子点相比于GaAs基上量子点尺寸较大。生长的InP基InAs量子点发光波长一般在1.6-1.9μm范围，超出了光通讯应用所需波长范围。为满足需要，人们迫切需要探索将InAs/InP波长调至1.55μm波段的技术。

同时，由于在InP上生长InAs量子点具有As/P互换效应从而向量子点中引入了额外InAs沉积量，进一步增大了量子点的体积，加大了InAs/InP量子点的发光波长。产生的大量子点引入缺陷降低量子点的发光效率。目前文献报道的调节波长的技术主要是通过向量子点下插入GaAs薄层或者向量子点中掺入Ga组分来调节波长，但结果都极大的降低量子点的发光效率以及增大量子点发光光谱的半高宽，从而降低了量子点激光器的光学性能。为了能获得较好光学性能且波长精确可控的InAs/InP量子点，我们提出一种制作砷化铟/磷化铟量子点激光器有源区的方法，通过控制生长停顿间隙V族源保护有效调节砷化铟/磷化铟量子点材料发光波长。通过精确控制生长停顿间隙V族源保护，在宽达400nm范围实现波长调谐，同时削减发光光谱半高宽，保证量子点具有良好可控的光学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制作砷化铟/磷化铟量子点激光器有源区的方法，其是在砷化铟/磷化铟量子点生长停顿间隙，通过改变五族保护源流量来抑制As/P互换效应，调控量子点形貌，结合两步生长盖层技术，达到既保持良好光学性能又能调谐发光波长的目的。这种方法可以实现InAs/InP量子点发光波从1.3-1.7微米(μm)宽达400nm的范围内可控调节。

本发明提供一种制作砷化铟/磷化铟量子点激光器有源区的方法，包括如下步骤：

步骤1：选择一磷化铟衬底；

步骤2：在该磷化铟衬底上外延生长一层磷化铟缓冲层；

步骤3：在磷化铟缓冲层上沉积晶格匹配的铟镓砷磷薄层；

步骤4：在铟镓砷磷薄层上外延生长多周期的砷化铟量子点有源层；

步骤5：在砷化铟量子点有源层上沉积铟镓砷磷盖层，完成量子点激光器有源区的制备。

附图说明

为了进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1是外延结构示意图；

图2是随生长停顿间隙V族保护源变化而改变的InAs/InP量子点有源区光致发光谱(PL)。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种制作砷化铟/磷化铟量子点激光器有源区的方法，包括如下步骤：

步骤1：选择一磷化铟衬底10，该衬底为n+型InP单晶片，晶向为(100)，厚度为325-375um，掺杂浓度为(1-3)×10¹⁸cm^-3。

步骤2：在该磷化铟衬底10上外延生长一层磷化铟缓冲层11，该磷化铟缓冲层11的生长温度为645℃，厚度为300nm，V族与III族源摩尔比为200。