AlGaInP-GaInP量子阱混雜機理分析與實驗研究.pdf

1、量子阱混雜(QWI)是通過一定的技術(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化合物半導體材料的物理特性，同時在工程上也利于摸索出控制性好、重復性好的工藝條件，在改善大功率半導體激光器的光學災變損傷特性上有潛在的應用價值。
　　本文主要針對AlGaInP系材料的量子阱結(jié)構(gòu)進行量子阱混雜的理論分析和實驗研究。理論分析方面，建立量子

2、阱混雜過程中的擴散模型，對量子阱混雜原理進行理論驗證。實驗上，分別選取不同波長的半導體激光器外延片，首先進行器件特性模擬，然后分別進行了無雜質(zhì)空位誘導量子阱混雜實驗(IFVD)和離子注入誘導量子阱混雜實驗(IIID)，并對實驗樣品的測試結(jié)果進行理論分析。
　　理論方面，利用擴散動力學原理，采用數(shù)學歸納法，得到擴散過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算公式求出有源區(qū)材料的禁帶寬度表達式，然后

3、利用MATLAB軟件對組分濃度函數(shù)和禁帶寬度變化進行模擬，對量子阱混雜過程進行了模擬驗證。
　　實驗方面，對670nm GaInP/AIGaInP激光器外延片，對其進行光電特性模擬和晶體品質(zhì)測試。然后，對外延片采用電子束蒸發(fā)生長135nm HfO2介質(zhì)膜，并在800℃-1000℃，步長50℃，20s下快速退火，之后對樣品進行PL光譜測試。實驗中在1000℃、20s退火條件下，樣品獲得最大18nm的波長藍移。
　　對650nm

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

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