[发明专利]耿氏二极管和用于生成太赫兹辐射的方法

说明书

本发明涉及一种耿氏二极管，所述耿氏二极管包括第一接触层(110)和第二接触层(120)、有源层(130)、衬底(140)和用于激光器(50)的光学输入端(150)；所述有源层(130)基于氮化镓(GaN)基半导体材料，所述有源层(130)形成于第一接触层(110)和第二接触层(120)之间；所述有源层(130)连同所述第一接触层(110)和所述第二接触层(120)形成在所述衬底(140)；所述光学输入端(150)用以通过激光照射促进或触发所述有源层(130)的能量带的极值(210、220)之间的电荷载流子转移。

技术领域

本发明的示例性实施例涉及一种耿氏二极管、一种用于生成太赫兹辐射(THz辐射)的开关、和一种用于生成THz辐射并且特别地以激光照射和场板技术在GaN耿氏二极管上生成THz辐射的方法。

背景技术

耿氏效应已成功地用于GaAs或InP基半导体元件中以生成高频信号。这些半导体材料具有材料性质，诸如能带过程、电荷载流子速度和可迁移率，这些特性引发了耿氏效应的电子转移。

通过适当布线(例如，施加对应供应电压)使电子在二极管中成批地(诸如波)积累和迁移，耿氏二极管利用了这种效应。这继而导致电磁波根据该频率的生成和随后辐射。

特别对于极高频率(例如，在太赫兹范围内)，已知GaAs基半导体元件具有一系列缺点。这些缺点是有原因的，因为电子的饱和速度和电子转移时间对于这些高频来说太低了。因此，这些半导体元件很难用于太赫兹范围内的频率。此外，所谓“电子转移效应”的阈值电场强度或能带隙对于高输出功率来说太小了。

因为还存在对于THz辐射源的渐增需求，所以可期望的是找到GaAs基半导体元件的替代品。

发明内容

上述问题的至少一部分通过根据权利要求1所述的耿氏二极管，通过根据权利要求10所述的开关和根据权利要求14所述的方法来解决。从属权利要求限定了独立权利要求的主题的其它有利实施例。

本发明涉及一种耿氏二极管，该耿氏二极管具有第一接触层、第二接触层、有源层、衬底和光学输入端。有源层基于氮化镓(GaN)基半导体材料(例如，Al_x In_y Ga_(1-x-y)N)，并且形成于第一接触层和第二接触层之间。

有源层连同第一接触层和第二接触层形成于衬底上。光学输入端形成用于接收激光，以通过激光照射促进或触发有源层的能带之间的电荷载流子转移。

用于有源层的GaN基半导体材料可特别地包括以下项：二元化合物半导体(即，GaN)、三元化合物半导体(例如，AlGaN、InGaN)或四元化合物半导体(例如，AlInGaN)或具有甚至更多组分的其它化合物半导体，但GaN作为一种成分。

衬底任选地包括下述材料的一者：氮化镓、硅、碳化硅。

任选地，耿氏二极管还包括阳极触点(阳极电极)和阴极触点(阴极电极)。相比于有源层，第一接触层和/或第二接触层可为相同基体材料的较高掺杂区域。阳极触点可任选地形成于衬底的后侧上，使得其经由衬底(电气地)连接至第一接触层。阴极触点可电气地接触第二接触层。例如，第一接触层和第二接触层包括1x 10¹⁸cm^-3至5x 10¹⁸cm^-3的范围内的掺杂，并且阳极触点包括至少10²⁰cm^-3的掺杂。有源层也可进行掺杂以生成期望带结构。任选地，第一接触层可由衬底形成。在本发明不限于此的情况下，掺杂可例如以硅来进行(然而，许多其它材料为可能的)。

任选地，耿氏二极管还包括冷却本体(有源或无源)，该冷却本体具有相比于衬底的较高导热性，以形成散热片。有源层与冷却本体的热连接可经由衬底来产生。