[發明專利]帶有DBR層的太赫茲光電導天線外延結構及制備方法

在審

• 申請號: 201610110101.3
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105589119A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: 郭春妍;徐建星;倪海橋;汪韜;牛智川
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: G02B5/08
• 分類號: G02B5/08
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術領域

本發明屬于半導體材料與器件技術領域，涉及一種帶有DBR層的太赫 茲光電導天線外延結構及制備方法。

背景技術

太赫茲是指頻率在0.1-10THz，相對應波長在3000-30μm范圍內的電 磁波。因其介于微波和紅外波段之間而具有兩個區域波段的特性。通信方 面，太赫茲波具有較高的頻率和較好的穿透性而具有重要發展價值；精細 成像和物質檢測方面，由于其具有強穿透性，并且極性分子的轉動能級多 在這一波段，太赫茲波具有物質分辨的能力，有著重要的科學研究價值。 太赫茲有著上述的諸多優點，已然成為下一代信息產業的發展方向。

太赫茲光電導天線是產生與探測太赫茲的最重要的一種光電器件。它 采用飛秒激光泵浦到天線上，在外加電壓的作用下，天線內產生的光生載 流子在天線表面附近形成快速震蕩的電流，從而向外輻射太赫茲。在太赫 茲光電導天線的制作過程中，外延材料的結構對天線發射和接收的性能有 著重要的影響。目前，制備太赫茲天線外延材料采用較多的方法是在GaAs 襯底上使用分子束外延(molecularbeamepitaxial，MBE)設備低溫生 長GaAs。此種方法生長的低溫GaAs厚度較厚，并且產生的光生載流子多 不在表面，泵浦光的利用效率較低。

本專利引入DBR結構以提高外延材料對泵浦光的吸收效率。布拉格反 射鏡(DistributedBraggReflector，DBR)是由光學厚度為1/4波長的 高折射率和低折射率兩種材料交替生長而成的層狀結構，研究表明這種結 構對特定波長的光的反射率可達99％以上。本發明采用DBR結構，可以減 少低溫GaAs的生長厚度，有效的提高外延材料表面對泵浦光的利用率， 增強太赫茲天線輻射出的太赫茲波強度。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種帶有DBR層的太赫茲光電導天線外延結 構及制備方法，通過增加并改變DBR結構材料的組成以及重復的周期數， 從而提高外延層對光的吸收效率，提高太赫茲天線的輻射性能。

本發明提供一種帶有DBR層的太赫茲光電導天線的外延結構，包括：

一半絕緣襯底；

一緩沖層，其制作在半絕緣襯底上；

一DBR結構，其制作在緩沖層上；

一低溫層，其制作在DBR結構上。

本發明還提供一種帶有DBR層的太赫茲光電導天線的外延結構的制備 方法，包括如下步驟：

步驟1：取一半絕緣襯底；

步驟2：在半絕緣襯底上生長緩沖層；

步驟3：在緩沖層上生長DBR結構；

步驟4：在DBR結構上生長低溫層。

步驟5：退火，完成制備。

本發明的有益效果是，其是通過增加并改變DBR結構材料的組成以及 重復的周期數，從而提高外延層對光的吸收效率，提高太赫茲天線的輻射 性能。

附圖說明

為進一步說明本發明的技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明如 后，其中：

圖1為本發明的外延結構示意圖；

圖2為本發明的制備流程圖。

具體實施方式

請參閱圖1所示，本發明提供一種帶有DBR層的太赫茲光電導天線的 外延結構，包括：

一半絕緣襯底10，該半絕緣襯底10的厚度為300-400μm；

一緩沖層20，其制作在半絕緣襯底10上，緩沖層20的厚度在50-500nm 之間，生長此層可使得襯底表面平整；

一DBR結構30，其制作在緩沖層20上，所述DBR結構30包括一AlGaAs 層31和制作在其上的GaAs層32，所述DBR結構30為周期結構，周期數 為2-30。這種DBR結構30與半絕緣襯底10晶格匹配無應力，其反射的中 心波長為天線使用時的泵浦光波長。利用此DBR結構30對天線使用時的 泵浦光的高反射作用，提高外延層對光的吸收效率，進而提高太赫茲天線 的輻射性能。

一低溫層40，其制作在DBR結構30上。此低溫層40是在150-500℃ 之間的溫度的范圍內生長的GaAs材料，厚度為1-3μm。這樣一種低溫層 40的載流子壽命短，電子空穴復合速度快，對應的震蕩電流的變化頻率在 太赫茲級別，從而可以向外輻射出太赫茲波。