[发明专利]可实现自旋存储探测和光探测器复合功能的器件

说明书

技术领域

本发明涉及自旋存储探测和光探测器领域，提供了一种可实现自旋存储探测和光探测器复合功能的器件结构。本发明可应用于自旋存储探测以及光探测器等相关技术中。

背景技术

半导体材料形成了现代电子学、通信、数据存储和计算技术的基础，并很大程度上影响着现代文明。在形成这些技术的基础中，有两个条件：精确地控制和操作电荷在半导体中的传输，以及利用半导体材料有效地产生和探测光的技术。半导体信息处理器件是最复杂的高性能器件结构，建设一个新的生产线的成本大约在35亿美元，而且这其中25％的工具会发生陈旧老化，每三年就需要更新换掉。因此，我们会想到取代当前信息处理方法的必要性。金属自旋器件，比如硬盘的读取磁头和非挥发性的磁性随机存储器是过去十年中最成功的技术，其作用甚至在一定程度上超越了CMOS。今天我们要发展未来技术的一个挑战是不仅要像当前技术这样控制电子电荷，而且要控制它的自旋，以建立未来自旋技术的基础。控制电子的自旋将使电子携带的信息含量大大增加。相对于载流子的其他物理性质，比如速度和空间位置，电子的自旋受到半导体的影响更小些。因此自旋相关时间也会长一些，这对于未来的自旋器件是至关重要的。

半导体材料吸收或者发射光，伴随着电子在不同能级的跃迁。能量守恒定律保证了电子在跃迁过程中得到或者损失的能量与相应吸收或者发射的光子能量精确的一致。同样地，角动量守恒定律使得光子的偏振状态与电子自旋状态相应的一致。

自旋技术的实用化涉及到三方面的技术：自旋注入、自旋传输和自旋存储、自旋读取探测。自旋注入可以通过两种方法实现：一是通过电注入的方法，二是通过光注入的方法，目标是提高自旋注入的效率；自旋存储是希望得到尽量长的自旋弛豫时间，尤其是在室温下实现以达到实用化；自旋探测是对自旋信息的检测读取。近些年来，世界上各个实验组对这三方面关键技术进行了广泛的研究。法国的X.Marie小组已经检测到了GaNAs和InGaNAs量子阱在室温下可以实现较长的电子自旋弛豫时间。而大量的实验组通过在微腔中埋入量子点或者量子阱测到了放大的法拉第旋转效应。但是并没有实验组将这两种技术优势结合到一起。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现自旋存储探测和光探测器复合功能的器件结构，运用这种器件结构，可以在一个器件结构中实现自旋的存储、自旋的探测以及光探测三种功能。

本发明一种可实现自旋存储探测和光探测器复合功能的器件，包括：

一砷化镓衬底；

一砷化镓缓冲层，该砷化镓缓冲层生长在砷化镓衬底上；

一微腔结构，该微腔结构生长在砷化镓缓冲层上。

所述的微腔结构包括：

一下反射镜；

一下砷化镓层，该下砷化镓层生长在下反射镜上；

一有源区，该有源区生长在砷化镓层上；

一上砷化镓层，该上砷化镓层生长在有源区上；

一上反射镜，该上反射镜生长在上砷化镓层上。

所述的下反射镜为19个周期，每一周期包括一下高折射率砷化镓层和生长在下高折射率砷化镓层上的下低折射率砷化铝层。

上反射镜为14个周期，每一周期包括一上低折射率砷化铝层和生长在上低折射率砷化铝层上的上高折射率砷化镓层。

所述的有源区包括3组铟镓氮砷量子阱层，该3组铟镓氮砷量子阱层之间分别生长有砷化镓间隔层。

本发明的有益效果在于：

1、将InGaNAs在室温下较长的电子自旋弛豫时间和微腔的谐振增强效应以及增强法拉第旋转效应结合到一起，从而可以实现电子自旋信息较长时间的存储以及对自旋信息的探测。

2、在实现自旋存储探测的同时，可以发挥量子阱微腔的谐振增强效应，实现对入射光的探测，从而在一个器件上实现多种功能。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实例及附图详细说明如后，其中：

图1为本发明器件的结构示意图；

图2为本发明器件的荧光谱；

图3为本发明器件的反射谱。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明一种可实现自旋存储探测和光探测器复合功能的器件，包括：

一砷化镓衬底10；

一砷化镓缓冲层20，该砷化镓缓冲层20厚度为500纳米，生长在砷化镓衬底10上。

一微腔结构30，该微腔结构30生长在砷化镓缓冲层20上。

所述的微腔结构30包括：