AlGaInP系III-V族化合物半导体量子阱混杂研究

采用MOCVD在GaAs衬底生长用于650nm和808nm大功率激光器的AlGaInP系半导体材料的量子阱结构样品，通过闭管扩散Zn的方法和介质膜无杂质空位扩散方法诱导半导体材料间的量子阱混杂。从Zn扩散的Kick-Out机制出发，建立反映Ⅲ-Ⅴ族化合物材料杂质扩散诱导量子阱混杂机理的通用物理模型，同时对无杂质空位扩散量子阱混杂给出机理分析。采用XRD、SIMS、SEM、TEM、AFM、EPR等研究扩散温度、扩散时间、介质膜特性、退火条件等参数对量子阱区材料组分、界面特征、缺陷情况的影响规律；采用室温和低温PL谱、拉曼谱研究扩散工艺对样品发光特性红移和蓝移行为的影响；通过测试大功率半导体激光器的功率特性、输出波长、斜率效率、工作电流、器件寿命等参数来对比分析量子阱混杂工艺对器件工作特性的影响和改善。本课题研究将深入研究上两种诱导量子阱混杂的机制，揭示其对材料特性、光电特性和器件特性的影响。

量子阱混杂是通过一定的技术手段，促使量子阱和量子垒间的不同原子相互扩散，改变量子阱区的材料组分从而改变量子阱的各类特性参数。AlGaInP系半导体材料量子阱混杂技术的机理的系统研究，不仅有助于深入了解Ⅲ-Ⅴ化合物半导体材料的物理特性，同时在工程上也利于摸索出控制性好、重复性好的工艺条件，极大改善半导体光电子器件尤其是大功率半导体激光器的工作特性。.本项目首先采用Zn杂质扩散诱导的方法，对AlGaInP系650-670nm大功率半导体激光器外延片进行量子阱混杂。从Zn扩散的Kick-Out机制出发，建立反映Ⅲ-Ⅴ族化合物材料杂质扩散诱导量子阱混杂机理的通用物理模型，对量子阱混杂过程进行了理论分析。在此基础上制作了带有非吸收窗口的大功率半导体激光器，研究了器件的光电特性。第二，本项目比较系统地研究了650nm和808nm大功率激光器的介质膜无杂质空位扩散方法诱导半导体材料间的量子阱混杂，从材料特性、光电特性角度出发研究了扩散温度、扩散时间、介质膜特性、退火条件等参数对量子阱区材料组分、界面特征、缺陷情况的影响，同时对无杂质空位扩散量子阱混杂给出机理分析。最后本项目初步进行了离子注入诱导量子阱混杂的研究。.本项目取得的成果有：引入并丰富了 Kick-Out 物理模型，对两种常见的诱导量子阱混杂的波长蓝移和红移进行了机制分析；模拟了量子阱混杂时多量子阱结构内部的组分变化规律，通过实验数据和数值模拟相结合的方式讨论了相互扩散系数、扩散长度、激活能等参数值在混杂前后的变化规律；研究了量子阱混杂工艺中各参数对半导体材料晶体品质、光学特性、缺陷情况的影响规律。.通过三年的努力工作，本项目已完成了项目的预期计划内容，达到了项目要求。研究中参加国内学术会议5人次，在国内外公开发表学术论文8篇，其中SCI检索2篇，EI检索5篇，同时获批发明专利1项。本项目属于半导体新材料和新器件领域的应用基础研究，所得成果对改善大功率半导体激光器的光电特性有着一定的理论意义和潜在的应用价值。