[发明专利]多层量子点隧道结串联的有源区宽带增益结构无效

专利信息
申请号: 201210333043.2 申请日: 2012-09-10
公开(公告)号: CN102832538A 公开(公告)日: 2012-12-19
发明(设计)人: 倪海桥;丁颖;李密锋;喻颖;査国伟;牛智川 申请(专利权)人: 中国科学院半导体研究所
主分类号: H01S5/30 分类号: H01S5/30
代理公司: 中科专利商标代理有限责任公司 11021 代理人: 汤保平
地址: 100083 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 多层 量子 隧道 串联 有源 宽带 增益 结构
【说明书】:

技术领域

本发明涉及半导体光电子材料和器件技术领域,特别是涉及一种用于宽谱光放大的多层量子点隧道结串联的有源区宽带增益结构。

背景技术

随着计算机网络及其它新的数据传输业务的飞速发展,光纤通信对宽带的需求越来越大,作为系统中的关键器件之一的光放大器,宽带宽、高增益、平坦的增益特性、高输出功率和低噪声为其基本要求。利用量子点材料制备的半导体光放大器,可以实现多个信道波长的同时放大和处理,同时结构简单、适于批量生产、成本低、寿命长、功耗小,还能和其他配件集成,性能非常优越。除了在光纤通信中的应用之外,宽带光放大器及其类似结构在超辐射管、光学相干断层扫描仪(OCT)、光纤陀螺和超短脉冲锁模激光器中有重要的应用。

目前,有以下几种方法可以实现宽谱量子点光放大器。

1、采用不同预应变层的方法,使得量子点发光谱增宽(参见发明专利“用于半导体光放大器的宽增益谱量子点材料的结构,专利申请号:200910081987.3,发明专利“一种自组织量子点为有源区的超辐射发光管”,专利申请号:02147587.3)。

2、采用自组织量子点本身的不均匀性的方法实现量子点激光器的多波段激射(参见美国发明专利“Quantum dot based semiconductor waveguide devices”,专利申请号:20090238228)。

3、利用量子点和量子阱混合的模式实现宽谱增益(参见S.M.Chen,K.J.Zhou,Z.Y.Zhang,D.T.D.Childs,M.Hugues et al.,APPLIED PHYSICS LETTERS 100,041118(2012))。

4、采用变化InGaAs应变减少层中In组分或每层中InAs的沉积量的方法获得宽谱增益(参见L.H.Li,et al.,Phys.Stat.Sol.(b),Vol.243,No.15,pp:3988-3992,2006.)。

通过上述各种方法,量子点的发光光谱或增益光谱已经得到了极大地拓展。但是上述所有方法中还存在着一个突出问题,就是量子点层数是受到限制的。目前通过优化生长参数,最优的量子点层数一般在8-12层,进一步增加量子点层数,会发生应变积累造成的弛豫,材料质量会发生恶化。同时,量子点层数的增加,会影响电子和空穴的输运,有些量子点得不到足够的电子和空穴对。这些问题制约了量子点光放大器的进一步发展。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足,本发明提供了一种用于宽谱光放大的多层量子点隧道结串联的有源区宽带增益结构,可以很好的解决量子点层数受限制的问题。

本发明提供一种多层量子点隧道结串联的有源区宽带增益结构,包括:

一衬底;

一N型掺杂的光学兼载流子限制层,该N型掺杂的光学兼载流子限制层生长在衬底上;

一多周期下量子点层,该多周期下量子点层制作在N型掺杂的光学兼载流子限制层上;

一隧道结中的P型重掺杂层,该隧道结中的P型重掺杂层生长在多周期下量子点层上;

一隧道结中的N型重掺杂层,该隧道结中的N型重掺杂层生长在隧道结中的P型重掺杂层上;

一多周期上量子点层,该多周期上量子点层制作在隧道结中的N型重掺杂层上;

一P型掺杂的光学兼载流子限制层,该P型掺杂的光学兼载流子限制层生长在多周期上量子点层上。

其中多周期下量子点层包括依次生长的量子点层、量子点盖层和势垒层,所述多周期下量子点层与多周期上量子点层的结构相同。

其中隧道结中的P型重掺杂层的材料为GaAs、InP、GaN、AlGaAs、InGaP或InAlGaP,所述隧道结中的P型重掺杂层与N型重掺杂层的材料相同。

其中隧道结中的P型重掺杂层的厚度为3-30纳米,所述隧道结中的P型重掺杂层与N型重掺杂层的厚度相同。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容,以下结合实施例及附图详细说明如后,其中:

图1为多层量子点隧道结串联的有源区宽带增益结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示,本发明提供一种多层量子点隧道结串联的有源区宽带增益结构,包括:

一衬底1,在实施方案中可以选择常用的GaAs、InP、Sapphire等,生长方式可以采用分子束外延或MOCVD外延技术。

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