【摘 要】
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量子阱混杂（QWI）能有效改变有源区的能带结构,在激光器非吸收窗口（NAW）、电吸收调制器等领域有重要的应用。离子注入诱导的QWI具有重复性好、可控性强、分辨率高、横向扩散低等优点,在实验中也已经取得良好的成果,但是重点是观察QWI后有源区禁带宽度的变化,以及波长蓝移情况,对其物理机理缺乏分析,并对QWI后外延材料损伤变化情况缺少系统研究。本文采用了 N离子注入的方式来进行GaInP/AlGaIn
【基金项目】
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陕西省重点研发计划项目（编号:2020GY-044）； 西安市科技计划项目（编号:2020KJRC0077）；
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量子阱混杂（QWI）能有效改变有源区的能带结构,在激光器非吸收窗口（NAW）、电吸收调制器等领域有重要的应用。离子注入诱导的QWI具有重复性好、可控性强、分辨率高、横向扩散低等优点,在实验中也已经取得良好的成果,但是重点是观察QWI后有源区禁带宽度的变化,以及波长蓝移情况,对其物理机理缺乏分析,并对QWI后外延材料损伤变化情况缺少系统研究。本文采用了 N离子注入的方式来进行GaInP/AlGaInP材料的QWI研究,通过理论建模与实验相结合的方法深入研究QWI机理与外延材料特性的变化。主要研究内容与结论如下:1、对GaInP/AlGaInP材料进行了 N离子注入建模,模拟了 QWI过程中Al和Ga原子的组分分布,进一步模拟了有源区Eg的变化,反向计算了扩散系数。当扩散长度从0增加到4.5nm时,在单量子阱结构中,量子阱中心处的Al组分变化范围为0-0.168,Ga组分从0.520减小到0.343,Eg的变化范围为1.9-2.1eV。在双量子阱结构中,量子阱中心处Al、Ga元素组分变化范围分别为0-0.145和0.520-0.367,Eg增加了 0.14eV。扩散系数变化范围是 7.31 × 10-16-1.09× 10-15cm2/s。2、对采用金属有机化学气相沉积法（MOCVD）生长的激射波长为642nm高Ga组分张应变GaInP/AlGaInP量子阱激光器结构进行N离子注入诱导QWI实验。AFM测试结果表明,N离子注入前后,算数平均粗糙度Ra从0.478nm增加到6.081nm,平均峰谷深度Rz从9.80nm增加到62.38nm,表明N离子注入过程会使表面形貌恶化,N离子注入且退火时间为180s的样品表面形貌最佳。PL谱结果表明,退火时间对非注入样品的波长基本无影响。N离子注入样品的退火时间从0增加到300s时,蓝移量从0.3nm增加到25nm。XRD结果显示,原始样品各衍射峰形状和强度不随退火时间发生变化。N离子注入后,退火时间在60-180s范围内,晶体质量较好,在其它退火时间下,衍射峰半高宽增大,强度下降,AlGaInP波导层和GaInP缓冲层的衍射峰形成了包络峰,晶体质量下降,周期性变差。3、观察了 N离子注入前后642nm激光器外延片原始样品和N离子注入后退火180s样品的横截面形貌和元素分布变化。HRTEM测试结果表明,注入前横截面各外延层清晰且平整,N离子注入后,由于引起了异质结两侧Ⅲ族原子之间的互扩散,导致有源区界面模糊不清。EDX测试结果显示,注入的N离子主要分布在GaInP势垒渐变层,N的计数产额在该层最大为0.22,向下逐渐减小,最后稳定在0.06左右。N离子注入前后,Al、In、P三种元素的相对计数产额无明显变化,说明N离子注入对AlInP层的材料组分影响不大。波导层及有源区的Al、Ga元素计数产额变化趋势呈对称状态,两种原子计数产额之和始终保持在0.65左右,说明原子的互扩散大多发生在这两个区域内,其它外延层很少发生异位置换。
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