[发明专利]带有DBR层的太赫兹光电导天线外延结构及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料与器件技术领域，涉及一种带有DBR层的太赫 兹光电导天线外延结构及制备方法。

背景技术

太赫兹是指频率在0.1-10THz，相对应波长在3000-30μm范围内的电 磁波。因其介于微波和红外波段之间而具有两个区域波段的特性。通信方 面，太赫兹波具有较高的频率和较好的穿透性而具有重要发展价值；精细 成像和物质检测方面，由于其具有强穿透性，并且极性分子的转动能级多 在这一波段，太赫兹波具有物质分辨的能力，有着重要的科学研究价值。 太赫兹有着上述的诸多优点，已然成为下一代信息产业的发展方向。

太赫兹光电导天线是产生与探测太赫兹的最重要的一种光电器件。它 采用飞秒激光泵浦到天线上，在外加电压的作用下，天线内产生的光生载 流子在天线表面附近形成快速震荡的电流，从而向外辐射太赫兹。在太赫 兹光电导天线的制作过程中，外延材料的结构对天线发射和接收的性能有 着重要的影响。目前，制备太赫兹天线外延材料采用较多的方法是在GaAs 衬底上使用分子束外延(molecularbeamepitaxial，MBE)设备低温生 长GaAs。此种方法生长的低温GaAs厚度较厚，并且产生的光生载流子多 不在表面，泵浦光的利用效率较低。

本专利引入DBR结构以提高外延材料对泵浦光的吸收效率。布拉格反 射镜(DistributedBraggReflector，DBR)是由光学厚度为1/4波长的 高折射率和低折射率两种材料交替生长而成的层状结构，研究表明这种结 构对特定波长的光的反射率可达99％以上。本发明采用DBR结构，可以减 少低温GaAs的生长厚度，有效的提高外延材料表面对泵浦光的利用率， 增强太赫兹天线辐射出的太赫兹波强度。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种带有DBR层的太赫兹光电导天线外延结 构及制备方法，通过增加并改变DBR结构材料的组成以及重复的周期数， 从而提高外延层对光的吸收效率，提高太赫兹天线的辐射性能。

本发明提供一种带有DBR层的太赫兹光电导天线的外延结构，包括：

一半绝缘衬底；

一缓冲层，其制作在半绝缘衬底上；

一DBR结构，其制作在缓冲层上；

一低温层，其制作在DBR结构上。

本发明还提供一种带有DBR层的太赫兹光电导天线的外延结构的制备 方法，包括如下步骤：

步骤1：取一半绝缘衬底；

步骤2：在半绝缘衬底上生长缓冲层；

步骤3：在缓冲层上生长DBR结构；

步骤4：在DBR结构上生长低温层。

步骤5：退火，完成制备。

本发明的有益效果是，其是通过增加并改变DBR结构材料的组成以及 重复的周期数，从而提高外延层对光的吸收效率，提高太赫兹天线的辐射 性能。

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为本发明的外延结构示意图；

图2为本发明的制备流程图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明提供一种带有DBR层的太赫兹光电导天线的 外延结构，包括：

一半绝缘衬底10，该半绝缘衬底10的厚度为300-400μm；

一缓冲层20，其制作在半绝缘衬底10上，缓冲层20的厚度在50-500nm 之间，生长此层可使得衬底表面平整；

一DBR结构30，其制作在缓冲层20上，所述DBR结构30包括一AlGaAs 层31和制作在其上的GaAs层32，所述DBR结构30为周期结构，周期数 为2-30。这种DBR结构30与半绝缘衬底10晶格匹配无应力，其反射的中 心波长为天线使用时的泵浦光波长。利用此DBR结构30对天线使用时的 泵浦光的高反射作用，提高外延层对光的吸收效率，进而提高太赫兹天线 的辐射性能。

一低温层40，其制作在DBR结构30上。此低温层40是在150-500℃ 之间的温度的范围内生长的GaAs材料，厚度为1-3μm。这样一种低温层 40的载流子寿命短，电子空穴复合速度快，对应的震荡电流的变化频率在 太赫兹级别，从而可以向外辐射出太赫兹波。