CN106300013B - 一种外延生长方法及掩埋异质结构的外延层 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种外延生长方法及掩埋异质结构的外延层，包括以下步骤：S1、生长n/p/n/p InP或InGaAsP层的部分或全部；S2、通过掩埋、干法或湿法刻蚀所需要外延生长的形状模型；S3、在形状模型内生长外延结构中所有含Al的材料。本发明先形成n/p/n/p结构的部分或全部，再刻蚀出需要生长的外延层形状，然后在其中生长外延层。利用本发明的方法，可有效结合AlGaInAs/InP材料和BH技术的优点，生长出一种高效激光器外延结构，达到避免Al氧化，降低俄歇复合，带间吸收，改善器件高温特性的作用，同时减小激光器阈值电流密度，提高有源层材料的特征温度以及有源区量子阱的外量子效率、内量子效率和转换效率。

Description

一种外延生长方法及掩埋异质结构的外延层
技术领域
本发明涉及半导体激光器领域，更具体的说，是涉及一种外延生长方法及掩埋异质结构的外延层。
背景技术
半导体激光器从最初的低温25℃运转发展到室温下连续工作，现在发展到在高温85℃连续工作，其半导体激光器有源区从同质结发展成单异质结、双异质结、量子阱(单、多量子阱)等多种形式，归根到底是提高了半导体有源层材料的外量子效率及内量子效率和转换效率。
现有技术中，AlGaInAs/InP材料量子阱结构中导带偏移ΔEc＝0.72ΔEg，其比InGaAsP/InP(ΔEc＝0.4ΔEg)具有更大的电子限制势，这使得此材料的激光器在高温条件或高载流子密度的情况下，可阻止电子穿越势垒层发生泄漏，因而成为目前的研究热点。BH(buried heterostructure)技术由于能更有效限制外延层的载流子，因而可使得激光器的阈值电流更低、光功率更大，但AlGaInAs因易被氧化而使得其在BH应用受到一定限制，目前各相关大公司都在研究AlGaInAs的BH技术。
发明内容
有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种外延生长方法及掩埋异质结构的外延层，可有效结合AlGaInAs/InP材料和BH技术的优点，生长出一种高效激光器外延结构，能够提高有源层材料的特征温度以及有源区量子阱的外量子效率、内量子效率和转换效率。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种外延生长方法，包括以下步骤：
S1、生长n/p/n/p InP或InGaAsP层的部分或全部；
S2、通过掩埋、干法或湿法刻蚀所需要外延生长的形状模型；
S3、在形状模型内生长外延结构中所有含Al的材料。
作为优选的，所述步骤S1具体包括，在InP衬底上依次生长Buffer层、第一p-InP层、n-InP层；所述Buffer层为n型InP缓冲层。
作为优选的，所述步骤S2具体包括，在n/p/n InP层上生长一层SiO2掩埋层，并通过光刻和干法或湿法刻蚀在Buffer层、p-InP层、n-InP层和SiO2掩埋层刻蚀一下凹的形状模型，刻蚀后生长区域竖直方向截面呈凹形。
作为优选的，所述步骤S3具体包括，在形状模型区域内依次生长下波导层、MQW层、上波导层、第二p-InP层和光栅层；除去SiO2掩埋层，并生长接触层，接触层包括p型掺杂InP和InGaAs。
作为优选的，步骤S3中，所述光栅层由InGaAsP材料组成，可在光栅层制作需要光栅结构。
作为优选的，所述步骤S3中，MQW层为量子阱Alx1Gay1In(1-x1-y1)As与量子垒Alx2Gay2In(1-x2-y2)As(x1<x2)交替生长而成，生长层数为1～100。
作为优选的，所述步骤S2中，所述形状模型内至少一侧为n/p/n/p InP或InGaAsP层。
一种掩埋异质结构的外延层，所述外延层是根据上述方法制得。
传统BH技术为MQW长完后，通过刻蚀技术漏出MQW，然后通过掩埋技术在MQW两侧或一侧生长n/p/n/p结构。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明先形成n/p/n/p结构的部分或全部，再刻蚀出需要生长的外延层形状，然后在其中生长外延层。利用本发明的方法，可有效结合AlGaInAs/InP材料和BH技术的优点，生长出一种高效激光器外延结构，达到降低俄歇复合，带间吸收，改善器件高温特性的作用，同时减小激光器阈值电流密度，提高有源层材料的特征温度以及有源区量子阱的外量子效率、内量子效率和转换效率。
附图说明
图1为本发明实施例的方法流程图；
图2为本发明实施例的步骤S1中生长n/p/n/p InP层结构示意图；
图3为本发明实施例步骤S2中中刻蚀形状模型后的竖直截面示意图；
图4为本发明实施例中步骤S3中生长外延结构后示意图；
图5为本发明实施例的外延层的结构示意图。
衬底—1 Buffer层—2 第一p-InP层—3 n-InP层—4 接触层—5 下波导层—6MQW层—7 上波导层—8 第二p-InP层—9 光栅层—10 SiO2掩埋层—11
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明所述的一种外延生长方法及掩埋异质结构的外延层作进一步说明。
以下是本发明所述的一种外延生长方法及掩埋异质结构的外延层的最佳实例，并不因此限定本发明的保护范围。
图1示出了一种外延生长方法，包括以下步骤：
S1、生长n/p/n/p InP或InGaAsP层的部分或全部；
S2、通过掩埋、干法或湿法刻蚀所需要外延生长的形状模型；
S3、在形状模型内生长外延结构中所有含AL的材料。
作为优选的，所述步骤S1具体包括，在InP衬底上依次生长Buffer层、第一p-InP层、n-InP层；所述Buffer层为n型InP缓冲层。
作为优选的，所述步骤S2具体包括，在n-InP层上生长一层SiO2掩埋层，并通过光刻或干法刻蚀在第一p-InP层、n-InP层和SiO2掩埋层刻蚀一下凹的形状模型，刻蚀后生长区域截面呈凹形。
作为优选的，所述步骤S3具体包括，在形状模型区域内依次生长下波导层、MQW层、上波导层、第二p-InP层和光栅层；除去SiO2掩埋层，并生长接触层。
作为优选的，步骤S3中，所述光栅层由InGaAsP材料组成。
作为优选的，所述步骤S3中，MQW层为量子阱Alx1Gay1In(1-x1-y1)As与量子垒Alx2Gay2In(1-x2-y2)As(x1<x2)交替生长而成，生长层数为1～100。
作为优选的，所述步骤S2中，所述形状模型内至少一侧为n/p/n/p InP或InGaAsP层。
图2示出了一种掩埋异质结构的外延层，所述外延层是根据上述方法制得。
在本实施例中，具体的，先在InP衬底1上，依次生长Buffer层2(n型InP缓冲层)、第一p-InP层3、n-InP层4，如图3所示。在n-InP层4上生长一层SiO2掩埋层11，然后通过光刻和干法或湿法刻蚀技术，在第一p-InP层3、n-InP层4和SiO2掩埋层11刻蚀一下凹的形状模型，刻蚀后生长区域竖直方向截面呈凹形，如图4所示，凹型的底部为Buffer层2，在图4中的凹型形状模型内生长下波导层6、MQW层7、上波导层8、第二p-InP层9和光栅层10，光栅层10上表面低于SiO2掩埋层11上表面，最后除去SiO2掩埋层11，并生长接触层5，将光栅层10和n-InP层4覆盖，最总形成如图5所示的外延层的结构。
在本实施例中，所述MQW层7为量子阱Alx1Gay1In(1-x1-y1)As与量子垒Alx2Gay2In(1-x2-y2)As(x1<x2)交替生长而成，生长层数为1～100；光栅层10由InGaAsP材料组成。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明先形成n/p/n/p结构的部分或全部，再刻蚀出需要生长的外延层形状，然后在其中生长外延层。利用本发明的方法，可有效结合AlGaInAs/InP材料和BH技术的优点，生长出一种高效激光器外延结构，达到降低俄歇复合，带间吸收，改善器件高温特性的作用，同时减小激光器阈值电流密度，提高有源层材料的特征温度以及有源区量子阱的外量子效率、内量子效率和转换效率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种外延生长方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、生长n/p/n/pInP层的部分或全部；所述步骤S1具体包括，在InP衬底上依次生长Buffer层、第一p-InP层、n-InP层；所述Buffer层为n型InP缓冲层；
S2、通过掩埋、干法或湿法刻蚀所需要外延生长的形状模型；所述步骤S2具体包括，在n-InP层上生长一层SiO2掩埋层，并通过光刻和干法或湿法刻蚀在Buffer层、第一p-InP层、n-InP层和SiO2掩埋层刻蚀凹状模型，刻蚀后生长区域竖直方向截面呈凹形；
S3、在形状模型内生长外延结构中所有含AL的材料；所述步骤S3具体包括，在形状模型区域内依次生长下波导层、MQW层、上波导层、第二p-InP层和光栅层；除去SiO2掩埋层，并生长接触层，接触层包括p型掺杂InP和InGaAs，所述光栅层由InGaAsP材料组成，MQW层为量子阱Alx1Gay1In(1-x1-y1)As与量子垒Alx2Gay2In(1-x2-y2)As交替生长而成，其中，x1<x2。
2.根据权利要求1所述的外延生长方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述MQW层的生长层数为1～100。
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