[发明专利]一种铟磷铋材料及其制备方法和使用该材料的激光器及其制备方法

说明书

本发明涉及材料学领域，特别是一种铟磷铋材料及其制备方法和使用该材料的激光器及其制备方法，所述铟磷铋材料包括：磷化铟衬底；磷化铟缓冲层，设置在所述磷化铟衬底之上；及铟磷铋本体，设置在所述磷化铟缓冲层之上；所述铟磷铋本体的化学式为InP_1‑xBi_x，其中x是铋原子的浓度百分比，且0<x≤12.5％。申请所提供的铟磷铋材料，具有较小的禁带宽度，同时更易生长并更加稳定。

技术领域

本发明涉及材料学领域，特别是一种铟磷铋材料。

背景技术

III-V族半导体材料广泛的应用于激光器、光电管及光纤通信等领域中。其中，窄带隙材料在微电子、光电子领域作为高速电子及光电子器件衬底具有很大的优势，同时也非常适用于垂直光场激光器和高电子载流子晶体管。以磷化铟为例，其具有较窄的带隙和较高的半导体性能。然而磷化铟也存在如下缺陷：其带隙虽然很窄，但也是有极限的。即磷化铟的带隙在窄到一定程度之后就不能继续变窄，也不能继续提成其半导体性能。

发明内容

本发明旨在提供一种铟磷铋材料，以降低传统材料的带隙。

上述的铟磷铋材料，包括：磷化铟衬底；磷化铟缓冲层，设置在所述磷化铟衬底之上；及铟磷铋本体，设置在所述磷化铟缓冲层之上；所述铟磷铋本体的化学式为InP_1-xBi_x，其中x是铋原子的浓度百分比，且3.6≤x≤12.5％。

本发明还提供一种铟磷铋材料的制备方法，以制备一种窄带隙的半导体材料。

上述的铟磷铋材料的制备方法，包括如下步骤：

S1：采用分子束外延或金属有机物气相沉积的外延生成工具在磷化铟衬底上生成磷化铟缓冲层；及

S2：采用分子束外延或金属有机物气相沉积的外延生成工具在所述磷化铟缓冲层上形成铟磷铋薄膜和异质结材料；

所述铟磷铋薄膜的化学式为InP_1-xBi_x，其中x是铋原子的浓度百分比，且3.6≤x≤12.5％。

本发明还提供一种激光器，以能够覆盖近红外至中红外范围。

上述的激光器，包括：磷化铟衬底；厚度为500纳米的N型磷化铟掺杂层，设置在所述磷化铟衬底上，所述N型磷化铟掺杂层的掺杂浓度为(3～5)×10¹⁸cm^-3；厚度为1000纳米的砷铝铟下限制层，设置在所述N型磷化铟掺杂层上，其中铝的浓度为5％；厚度为1000纳米的砷铝镓铟下波导层，设置在所述砷铝铟下限制层上，其中镓和铝的浓度为5％；厚度为30纳米的铟磷铋量子阱有源区，设置在所述砷铝镓铟下波导层上，所述铟磷铋量子阱有源区中的铟磷铋的化学式为InP_1-xBi_x，其中x是铋原子的浓度百分比，且3.6≤x≤12.5％；厚度为1000纳米的砷铝镓铟上波导层，设置在所述铟磷铋量子阱有源区上，其中镓和铝的浓度为5％；厚度为1000纳米的砷铝铟上限制层，设置在所述砷铝镓铟上波导层上，其中铝的浓度为5％；厚度为200纳米的P型砷镓铟掺杂层，设置在所述砷铝铟上限制层上，其中镓的浓度为5％；P电极区，设置在所述P型砷镓铟掺杂层上；及N电极区，设置在所述磷化铟上。

本发明还提供一种激光器的制备方法，以制造一种能够覆盖近红外至中红外范围的激光器。

上述的激光器的制备方法，包括如下步骤：

S1：在磷化铟衬底上生成厚度为500纳米的N型磷化铟掺杂层，掺杂浓度为(3～5)x10¹⁸cm^-3；

S2：在所述N型磷化铟层上生成厚度为1000纳米的砷铝铟下限制层，铝的浓度为5％；