AlGaInP-GaInP量子阱混雜機(jī)理分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、量子阱混雜(QWI)是通過(guò)一定的技術(shù)手段，促使量子阱和量子壘之間的不同原子相互擴(kuò)散，改變量子阱區(qū)的材料組分從而改變量子阱的各類特性參數(shù)。量子阱混雜的系統(tǒng)研究，不僅有助于深入了解Ⅲ-Ⅴ化合物半導(dǎo)體材料的物理特性，同時(shí)在工程上也利于摸索出控制性好、重復(fù)性好的工藝條件，在改善大功率半導(dǎo)體激光器的光學(xué)災(zāi)變損傷特性上有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
　　本文主要針對(duì)AlGaInP系材料的量子阱結(jié)構(gòu)進(jìn)行量子阱混雜的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。理論分析方面，建立量子

2、阱混雜過(guò)程中的擴(kuò)散模型，對(duì)量子阱混雜原理進(jìn)行理論驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)上，分別選取不同波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光器外延片，首先進(jìn)行器件特性模擬，然后分別進(jìn)行了無(wú)雜質(zhì)空位誘導(dǎo)量子阱混雜實(shí)驗(yàn)(IFVD)和離子注入誘導(dǎo)量子阱混雜實(shí)驗(yàn)(IIID)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行理論分析。
　　理論方面，利用擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)原理，采用數(shù)學(xué)歸納法，得到擴(kuò)散過(guò)程中單量子阱和多量子阱中有源區(qū)Ⅲ族原子組分濃度函數(shù)，利用多元化合物禁帶寬度計(jì)算公式求出有源區(qū)材料的禁帶寬度表達(dá)式，然后

3、利用MATLAB軟件對(duì)組分濃度函數(shù)和禁帶寬度變化進(jìn)行模擬，對(duì)量子阱混雜過(guò)程進(jìn)行了模擬驗(yàn)證。
　　實(shí)驗(yàn)方面，對(duì)670nm GaInP/AIGaInP激光器外延片，對(duì)其進(jìn)行光電特性模擬和晶體品質(zhì)測(cè)試。然后，對(duì)外延片采用電子束蒸發(fā)生長(zhǎng)135nm HfO2介質(zhì)膜，并在800℃-1000℃，步長(zhǎng)50℃，20s下快速退火，之后對(duì)樣品進(jìn)行PL光譜測(cè)試。實(shí)驗(yàn)中在1000℃、20s退火條件下，樣品獲得最大18nm的波長(zhǎng)藍(lán)移。
　　對(duì)650nm

4、 GaInP/AlGaInP激光器外延片，對(duì)其進(jìn)行光電特性模擬和晶體品質(zhì)測(cè)試。然后，對(duì)外延片采用電子束蒸發(fā)生長(zhǎng)250nm SiO2介質(zhì)膜，并在700℃-950℃，步長(zhǎng)50℃，60s下快速退火，之后對(duì)樣品進(jìn)行PL光譜和XPS測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表面：樣品在900℃、60s的退火參數(shù)下獲得最大28nm的藍(lán)移；量子阱混雜過(guò)程主要作用在有源區(qū)，對(duì)限制層和襯底沒(méi)有明顯影響；退火之后，在SiO2介質(zhì)膜中檢測(cè)到明顯的Ga元素和少量的In元素，側(cè)面印證了無(wú)雜

5、質(zhì)空位誘導(dǎo)量子阱混雜的原理。
　　對(duì)808nm InGaAsP/GaInP激光器外延片，對(duì)其進(jìn)行光電特性模擬和晶體品質(zhì)測(cè)試。然后，對(duì)外延片采用磁控濺射生長(zhǎng)200nm SiO2介質(zhì)膜，分別采用溫度梯度和時(shí)間梯度兩種退火方案對(duì)其進(jìn)行快速退火，之后對(duì)樣品進(jìn)行PL光譜和XPS測(cè)試。實(shí)驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)樣品的發(fā)光波長(zhǎng)紅移，文中從量子阱組分的梯度變化角度對(duì)此做了理論分析。
　　最后，選取650nm GaInP/AlGaInP激光器外延片進(jìn)行離