本發(fā)明涉及半導體，具體涉及一種量子級聯(lián)發(fā)光結構及其制備方法。

背景技術：

1、量子級聯(lián)激光器是一種新型的半導體激光器，是半導體能帶工程的重要成果，其工作波段從中波紅外延伸至太赫茲波段?；趇ngaas/inalas/inp材料體系的量子級聯(lián)激光器在中波紅外和長波紅外波段表現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。由于量子級聯(lián)激光器體積小、重量輕、功耗低的特點，基于量子級聯(lián)激光器的定向紅外對抗系統(tǒng)能夠適用于更為復雜的應用環(huán)境，特別是作為機載設備保護飛機等航空器方面的應用備受關注。除了安全領域的應用，量子級聯(lián)激光器在氣體檢測和自由空間光通信等領域表現(xiàn)出了其潛在的重要性。中波紅外和長波紅外量子級聯(lián)激光器的工作波長基本覆蓋4μm-12μm的波長范圍，不僅適用于多種痕量氣體的檢測，還是自由空間光通信鄰域備受期待的光源。無論是痕量氣體檢測應用還是自由空間光通信應用，多波長的量子級聯(lián)激光器都是十分重要的發(fā)展方向之一。

技術實現(xiàn)思路

1、因此，本發(fā)明要解決的技術問題在于如何能獲得較大波長調(diào)節(jié)范圍且降低工藝的難度，從而提供一種量子級聯(lián)發(fā)光結構及其制備方法。

2、本技術提供一種量子級聯(lián)發(fā)光結構，包括：有源層；其中，所述有源層包括沿第一方向層疊的第一有源層組至第m有源層組，任意的第m有源層組呈超晶格結構并包括沿第一方向層疊的多個第m有源層單元，任意的第m有源層單元包括沿第一方向交替層疊的第m勢壘層和第m勢阱層；任意的第m勢壘層的等效材料為inxal1-xas，任意的第m勢阱層的等效材料為inyga1-yas；m為大于或等于1的整數(shù)，m為大于或等于1且小于或等于m的整數(shù)；其中，至少一個有源層組中的每個有源層單元中的至少兩個勢壘層的x不同；和/或，至少一個有源層組中的每個有源層單元中的至少兩個勢阱層的y不同；其中，任意的第m勢阱層包括沿第一方向交替層疊的第一類型的第m子勢阱層和第二類型的第m子勢阱層，第二類型的第m子勢阱層位于相鄰的第一類型的第m子勢阱層之間，第一類型的第m子勢阱層的材料為iny1ga1-y1as，第二類型的第m子勢阱層的材料為inas；任意的第m勢壘層包括沿第一方向交替層疊的第一類型的第m子勢壘層和第二類型的第m子勢壘層，第二類型的第m子勢壘層位于相鄰的第一類型的第m子勢壘層之間；第一類型的第m子勢壘層的材料為inx1al1-x1as，第二類型的第m子勢壘層的材料為alas。

3、可選的，對于不同的第m1有源層組和第m2有源層組，第m1有源層組中的至少一個第m勢壘層和第m2有源層組中的各第m勢壘層中的x不同，第m1有源層組中的至少一個第m勢阱層和第m2有源層組中的各第m勢阱層中的y不同；m為大于或等于2的整數(shù)，m1為大于或等于1且小于或等于m的整數(shù)，m2為大于或等于1且小于或等于m的整數(shù)，m1不等于m2。

4、可選的，對于不同的第m1有源層組和第m2有源層組，第m1有源層組中的至少一個第m勢壘層和第m2有源層組中的各第m勢壘層沿第一方向的厚度不同，第m1有源層組中的至少一個第m勢阱層和第m2有源層組中的各第m勢阱層沿第一方向的厚度不同；m為大于或等于2的整數(shù)，m1為大于或等于1且小于或等于m的整數(shù)，m2為大于或等于1且小于或等于m的整數(shù)，m1不等于m2。

5、可選的，0.53≤y＜1，0＜x≤0.52。

6、可選的，任意的第m勢壘層的厚度為0.1nm~100nm；任意的第m勢阱層的厚度為0.1nm~100nm。

7、可選的，每層的第一類型的第m子勢阱層的厚度大于0.5個單原子層，每層的第二類型的第m子勢阱層的厚度大于0.5個單原子層。

8、可選的，每層的第一類型的第m子勢壘層的厚度大于0.5個單原子層，每層的第二類型的第m子勢壘層的厚度大于0.5個單原子層。

9、本技術還提供一種量子級聯(lián)發(fā)光結構的制備方法，包括：形成有源層；其中，形成有源層包括：形成沿第一方向層疊的第一有源層組至第m有源層組，任意的第m有源層組呈超晶格結構并包括沿第一方向層疊的多個第m有源層單元，任意的第m有源層單元包括沿第一方向交替層疊的第m勢壘層和第m勢阱層；任意的第m勢壘層的等效材料為inxal1-xas，任意的第m勢阱層的等效材料為inyga1-yas；m為大于或等于1的整數(shù)，m為大于或等于1且小于或等于m的整數(shù)；其中，至少一個有源層組中的每個有源層單元中的至少兩個勢壘層的x不同；和/或，至少一個有源層組中的每個有源層單元中的至少兩個勢阱層的y不同；其中，形成任意的第m勢阱層包括：形成沿第一方向交替層疊的第一類型的第m子勢阱層和第二類型的第m子勢阱層，第二類型的第m子勢阱層位于相鄰的第一類型的第m子勢阱層之間，第一類型的第m子勢阱層的材料為iny1ga1-y1as，第二類型的第m子勢阱層的材料為inas；其中，形成任意的第m勢壘層包括：形成沿第一方向交替層疊的第一類型的第m子勢壘層和第二類型的第m子勢壘層，第二類型的第m子勢壘層位于相鄰的第一類型的第m子勢壘層之間；第一類型的第m子勢壘層的材料為inx1al1-x1as，第二類型的第m子勢壘層的材料為alas。

10、可選的，形成沿第一方向交替層疊的第一類型的第m子勢阱層和第二類型的第m子勢阱層，包括：獲取第m勢阱層的設計厚度為p個單原子層；獲取第一基本外延層的總設計厚度為p*y個單原子層，獲取第二基本外延層的總設計厚度為p*（1-y）個單原子層；第一基本外延層的材料為inas，第二基本外延層的材料為gaas；獲取第一基本外延層的設計生長速率為r1個單原子層/s，獲取第二基本外延層的設計生長速率為r2個單原子層/s；根據(jù)第一基本外延層的設計生長速率和第一基本外延層的總設計厚度獲取第一基本外延層的總設計生長時間t1=(p*y/r1)s;根據(jù)第二基本外延層的設計生長速率和第二基本外延層的總設計厚度獲取第二基本外延層的總設計生長時間t2=(p*（1-y）/r2)s,其中，t1大于t2；將第二基本外延層分為第一份第二子基本外延層至第n1份第二子基本外延層；n1為大于或等于2的整數(shù)；在生長時間t3內(nèi)連續(xù)生長第一基本外延層的過程中，在生長時間t3內(nèi)間隔生長第一份第二子基本外延層至第n1份第二子基本外延層，t3=t1，每份第二子基本外延層的生長時間為t2/n1；生長相鄰的第二子基本外延層間隔時間ts=(t3-t2)/（n1-1）；在t2/n1內(nèi)第二子基本外延層和第一基本外延層反應形成第一類型的第m子勢阱層；在間隔時間ts第一基本外延層形成第二類型的第m子勢阱層。

11、可選的，p的取值范圍為1~400。

12、可選的，ts*r1大于0.5個單原子層;(r1+r2)*t2/n1大于0.5個單原子層；n1。

13、可選的，形成沿第一方向交替層疊的第一類型的第m子勢壘層和第二類型的第m子勢壘層，包括：獲取第m勢壘層的設計厚度為q個單原子層；獲取第三基本外延層的總設計厚度為q*x個單原子層，獲取第四基本外延層的總設計厚度為q*（1-x）個單原子層；第三基本外延層的材料為inas，第四基本外延層的材料為alas；獲取第三基本外延層的設計生長速率為r3個單原子層/s，獲取第四基本外延層的設計生長速率為r4個單原子層/s；根據(jù)第三基本外延層的設計生長速率和第三基本外延層的總設計厚度獲取第三基本外延層的總設計生長時間t4=(q*x/r3)s;根據(jù)第四基本外延層的設計生長速率和第四基本外延層的總設計厚度獲取第四基本外延層的總設計生長時間t5=(q*（1-x）/r4)s,其中，t5大于t4；將第三基本外延層分為第一份第三子基本外延層至第n2份第三子基本外延層；n2為大于或等于2的整數(shù)；在生長時間t6內(nèi)連續(xù)生長第四基本外延層的過程中，在生長時間t6內(nèi)間隔生長第一份第三子基本外延層至第n2份第三子基本外延層，t6=t5，每份第三子基本外延層生長時間為t4/n2；生長相鄰的第三子基本外延層間隔時間ts’=(t6-t4)/（n2-1）；在t4/n2內(nèi)第三子基本外延層和第四基本外延層反應形成第一類型的第m子勢壘層；在間隔時間ts’第四基本外延層形成第二類型的第m子勢壘層。

14、可選的，q的取值范圍為1~400。

15、可選的，ts’*r4大于0.5個單原子層;(r3+r4)*t4/n2大于0.5個單原子層；n22r4*（t5-t4）+1。

16、可選的，第m有源層組中每個第m有源層單元中第a個第m勢阱層的y和第b個第m勢阱層中的y不同，a為大于或等于1的整數(shù)，b為大于或等于1的整數(shù)，a不等于b；形成第a個第m勢阱層的過程中，采用反應腔室中的as源爐、第一in源爐和第一ga源爐；形成第b個第m勢阱層的過程中，采用反應腔室中的as源爐、第一in源爐和第一ga源爐。

17、可選的，第m有源層組中任意一個第m有源層單元中第a個第m勢壘層的x和第b個第m勢壘層中的x不同，a為大于或等于1的整數(shù)，b為大于或等于1的整數(shù)，a不等于b；形成第a個第m勢壘層的過程中，采用反應腔室中的as源爐、第二in源爐和第一al源爐；形成第b個第m勢壘層的過程中，采用反應腔室中的采用反應腔室中的as源爐、第二in源爐和第一al源爐。

18、本發(fā)明技術方案具有以下有益效果：

19、本發(fā)明技術方案提供的量子級聯(lián)發(fā)光結構，至少一個有源層組中的每個有源層單元中的至少兩個勢壘層的x不同；和/或，至少一個有源層組中的每個有源層單元中的至少兩個勢阱層的y不同。通過設計x和y的取值來調(diào)節(jié)任意的第m有源層組的激射波長，能在較大波長范圍內(nèi)選擇任意的第m有源層組的激射波長。擴大了任意的第m有源層組的激射波長的可選范圍。且任意的第m勢阱層包括沿第一方向交替層疊的第一類型的第m子勢阱層和第二類型的第m子勢阱層，通過第一類型的第m子勢阱層和第二類型的第m子勢阱層交替層疊等效為第m勢阱層，任意的第m勢壘層包括沿第一方向交替層疊的第一類型的第m子勢壘層和第二類型的第m子勢壘層，通過第一類型的第m子勢壘層和第二類型的第m子勢壘層交替層疊等效為第m勢壘層。這樣降低了制備工藝的難度。