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InP 异质接面/ 量子井面射型雷射
来源: | 作者:LiLi | 发布时间: 2025-02-05 | 101 次浏览 | 分享到:

由图 6-4中可以观察到一个大致的趋势,通常能隙愈小的III-V 族化合物半导体其晶格常数会愈大;相反的能隙愈大的III-V 族化合物半导体其晶格常数愈小,比较特殊的例外是 GaN1-xAsx 这个材料,会在稍后另外介绍。从图6-4中可以发现除了InP以外,还有一些材料组合借由调整成分元素莫耳分率后其晶格常数也有机会和InP 相匹配,包括AlInAsGaAsSbInGaAsAIAsSbAIGaAsSb  其他还有较不常见且与 InP 基板晶格不匹配约4%AlGaSb ,当然还有最常见的GalnAsP。因此除了 InGaAsP/InP以外,AlInGaAs/InP  AlInGaAs/AlInAs也被用来作为InP 基板成长长波长面射型雷射的发光层增益材料,其中InP 基板成长 InGaAIAs/IAIAs全磊晶 DBR夹着中央3/2λ InGaAlAs 活性层面射型雷射可以在55°C温度下还能脉冲操作,并在2006年时由韩国电子通信研究院团队获得连续波操作温度达80°C的成果,不过采用这个材料系统虽然可以改善导带能隙差异所造成的载子溢流问题,但是同样的要成长高对数的DBR仍然会造成元件串联电阻太高,特别是p- DBR 由于价带能带差异较大注入电洞需要更高能量才能顺利克服这么多对的异质接面所形成的能障,因此InP 基板成长的全磊晶结构普遍遭遇p-DBR 电阻过大问题,导致注入电流造成元件温度上升更进一步造成发光特性劣化,因此前述部分团队就采用穿隧接面(tunnel junction,又称为 Esakijunction,以发现半导体穿隧效应获颁1973年诺贝尔物理奖的江崎玲于奈Leo Esaki 命名)以及共振腔间电极接触 (intracavity contact) 等磊晶和制程方式克服pDBR 电阻过高或掺杂 DBR 造成杂质吸收的不利因素,这些方法对磊晶和制程技术要求非常严苛,因而提高制程复杂度且降低良率。

综合以上所述,采用与 InP 基板晶格匹配的化合物半导体成长全磊晶结构的面射型雷射,由于大多数晶格匹配的材料折射率差异较小,因此所需要的分布布拉格反射器对数也会非常多,而且由于发光波长较长,因此整体结构磊晶厚度会相当厚,不仅成长耗时而且材料成本也会相对提高,此外磷化铟基板较昂贵,机械强度也较脆弱,同时所制作的雷射元件高温操作特性较差,经常需要主动散热冷却装置以确保雷射输出特性不会劣化,所以也无可避免的增加许多成本,因此在1990年代中期开始就有许多研究团队转而寻求其他与砷化镓基板晶格匹配且能隙大小符合 1310~1550nm 波长范围的活性层材料。