基於量子點和量子阱材料混合結構的超輻射發光管的製作方法
2023-06-14 18:05:01 2
專利名稱：基於量子點和量子阱材料混合結構的超輻射發光管的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體器件，特別是一種基於量子點和量子阱材料混合結構的超輻射發光管。
背景技術：
超福射即為放大的自發發射ASE (Amplifier Spontaneous Emission),是增益介質在強激發狀態下的一種定向輻射現象。當增益介質中的激發密度足夠高時，增益介質中的載流子受到自發發射光子的激發，使受激發射的光子數量雪崩式倍增，發光強度隨之超線性地急劇增加，並使光譜寬度變窄，由初始的自發發射佔主導很快的演變為以放大的自發發射為主。超福射發光二極體(SLD)是一種介於雷射器(LD)和發光二極體(LED)之間的半導體光源，它具有輸出功率高、光譜寬度寬、穩定性好、光束方向性好，以及相干長度短等優良特性，可以為光纖陀螺等提供理想的光源。隨著光學通訊和光學應用的進一步擴大，它還可以用於光時域反射儀、光學相干層析成像技術、光波分復用系統、光信息處理技術中。與其它的發光器件相比它有比較明顯的優勢，所以它的應用前景相當的廣闊。自第一個SLD發明以來，人們就如何提高它的發光功率和耦合功率、增加光譜寬度、降低相干長度、提高調製頻率、降低光譜調製深度、降低溫度特性等問題，進行了廣泛的研究工作。目前提高器件性能的方法主要從兩方面來做一、從器件製作的工藝上，主要是要有效地抑制器件F-P腔的激射，這是超輻射發生的必要條件。經常採用的方法有吸收區抑制、蒸鍍抗反射膜、傾角抑制特性等；二、在器件的材料上，從體材料發展到單量子阱，從單量子阱到多量子阱，再到量子點結構。對於量子阱SLD，窄帶隙有源區材料中載流子一維受限，類階梯狀的電子態密度使得SLD工作電流顯著降低，輸出功率明顯提高。進一步，採用非均勻多量子阱結構，即引入不同寬度的量子阱層作為SLD有源區，同時利用這些量子阱的基態能級躍遷，器件輸出光譜可以得到進一步展寬。但對於非均勻多量子阱SLD，由於不同寬度量子阱基態躍遷能量是不連續的，這種多能級的發光迭加多造成譜帶的形狀不規則。對於量子點材料，其電子在三個維度都受到限制的，具有像原子一樣的態密度，採用量子點製作的電子學、光子學器件在理論上具有比量子阱更優異的性能。儘管每個量子點具有類似於原子一樣的分立能級，但是量子點的尺寸分布一般滿足高斯分布，不同尺寸量子點的基態與激發態能級交疊在一起，使得量子點集合的能級近似連續分布。因此，在增大注入電流提高光譜寬度的同時，量子點基態和激發態同時貢獻易於獲得規則形狀的光譜輸出。雖然如此，但是理論上而言，在製備大功率SLD上，量子阱和體材料比量子點要有優勢。雖然目前對於SLD的理論研究己經比較成熟，但是越來越多的新應用要求SLD有更優良的性能。這就要求我們不斷地改進器件工藝和材料，採用新的器件結構以便更好地抑制激射。因此，進行超輻射器件的工藝和材料研究與改進對整個器件的性能有很重要的意義。 發明內容
本發明的目的在於提供一種基於量子點和量子阱材料混合結構的超輻射發光管，該超輻射發光管光譜寬，輸出功率高。為實現上述目的，本發明的技術方案是一種基於量子點和量子阱材料混合結構的超輻射發光管，包括依次設置的下電極、襯底、下分離限制層、下漸變折射率波導層、有源層、上漸變折射率波導層、上分離限制層、蓋層、介質膜層、上電極構成，所述有源層為量子點和量子阱材料混合結構。在本發明實施方案一中，上述量子點和量子阱材料混合結構為兩層或多層結構，所述兩層結構由沿材料生長方向上的單個量子點層和單個量子阱層層疊構成，所述多層結構由沿材料生長方向上的多個量子點層和多個量子阱層層疊構成。
所述下勢壘層和上勢壘層之間設有一或多個量子點層和一或多個量子阱層，兩相鄰量子點層之間設有點點間隔層，相鄰量子點層與量子阱層之間設有點阱間隔層。在本發明實施方案二中，上述量子點和量子阱材料混合結構由垂直於材料生長方向上的單個量子點區和單個量子阱區構成，或由垂直於材料生長方向交替設置的多個量子點區和多個量子阱區構成；所述量子點區由一或多個量子點層構成，所述量子阱區由一或多個量子阱層構成。上述量子點區和量子阱區的上電極是分開的，與下電極形成兩個或多個泵浦區，中間設有電極隔離條區。本發明的有益效果是可以利用量子點本身所特有的尺寸、大小的非均勻、連續分布的特性，來實現超輻射發光二級管平滑的、較寬的光譜輸出特性，同時利用量子阱結構不僅可以擴展光譜，更可以提高輸出功率，使用效果好，具有很強的實用意義。
圖I是本發明的基於量子點和量子阱材料混合結構的超輻射發光管的整體結構示意圖。圖2是本發明實施例一的量子點和量子阱材料混合結構示意圖。圖3是本發明實施例二的量子點和量子阱材料混合結構示意圖。圖4是本發明實施例的條形電流注入區的結構示意圖。
具體實施例方式本發明的基於量子點和量子阱材料混合結構的超輻射發光管，如圖I所示，包括由下而上依次設置的下電極I、襯底2、下分離限制層3、下漸變折射率波導層4、有源層5、上漸變折射率波導層6、上分離限制層7、蓋層8、介質膜層9、上電極10構成。所述有源層5為量子點和量子阱材料混合結構。所述介質膜澱積在上分離限制層上，在介質膜上腐蝕出傾斜的條形電流注入區；條形電極注入區還可以通過介質膜分隔為多段的。在本發明實施例一中，所述量子點和量子阱材料混合結構為由量子點層和量子阱層混合組成的兩層或多層結構，材料為三五族半導體。所述兩層結構由沿材料生長方向上的單個量子點層和單個量子阱層層疊構成，所述多層結構由沿材料生長方向上的多個量子點層和多個量子阱層層疊構成。
權利要求
1.一種基於量子點和量子阱材料混合結構的超輻射發光管，包括依次設置的下電極、襯底、下分離限制層、下波導層、有源層、上波導層、上分離限制層、蓋層、介質膜層、上電極構成，其特徵在於所述有源層為量子點和量子阱材料混合結構。
2.根據權利要求I所述的基於量子點和量子阱材料混合結構的超輻射發光管，其特徵在於所述量子點和量子阱材料混合結構為兩層或多層結構，所述兩層結構由沿材料生長方向上的單個量子點層和單個量子阱層層疊構成，所述多層結構由沿材料生長方向上的多個量子點層和多個量子阱層層疊構成。
3.根據權利要求2所述的基於量子點和量子阱材料混合結構的超輻射發光管，其特徵在於所述量子點和量子阱材料混合結構包括一下勢壘層和一上勢壘層，所述下勢壘層和上勢壘層之間設有一或多個量子點層和一或多個量子阱層，兩相鄰量子點層之間設有點點間隔層，相鄰量子點層與量子阱層之間設有點阱間隔層。
4.根據權利要求I所述的基於量子點和量子阱材料混合結構的超輻射發光管，其特徵在於所述量子點和量子阱材料混合結構由垂直於材料生長方向上的單個量子點區和單個量子阱區構成，或由垂直於材料生長方向交替設置的多個量子點區和多個量子阱區構成；所述量子點區由一或多個量子點層構成，所述量子阱區由一或多個量子阱層構成。
5.根據權利要求4所述的基於量子點和量子阱材料混合結構的超輻射發光管，其特徵在於所述量子點和量子阱材料混合結構的上電極是分開的，與下電極形成兩個或多個泵浦區，中間設有電極隔離條區。
全文摘要
本發明涉及一種半導體器件，特別是一種基於量子點和量子阱材料混合結構的超輻射發光管，包括依次設置的下電極、襯底、下分離限制層、下波導層、有源層、上波導層、上分離限制層、蓋層、介質膜層、上電極構成，其特徵在於所述有源層為量子點和量子阱材料混合結構。該超輻射發光管光譜寬，輸出功率高。
文檔編號H01L33/00GK102623591SQ20121010796
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月13日 優先權日2012年4月13日
發明者蘇輝 申請人:蘇輝