[發(fā)明專利]高調(diào)制速度發(fā)光二極管及其調(diào)制方法和制造方法

有效

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• 申請日: 2016-04-28
• 公開（公告）號: CN105789395B
• 公開（公告）日: 2018-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王文峰;項(xiàng)明明;張家偉;熊暉;張軍
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北大學(xué)
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/00
• 代理公司: 北京匯澤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11228
• 代理人: 程殿軍;張瑾

本發(fā)明提供了一種高調(diào)制速度發(fā)光二極管及其調(diào)制方法和制造方法，所述發(fā)光二極管的PN結(jié)結(jié)區(qū)包含一個(gè)雙量子阱結(jié)構(gòu)，所述雙量子阱結(jié)構(gòu)包括一第一量子阱和一第二量子阱，所述第一量子阱的帶隙大于所述第二量子阱的帶隙，所述第一量子阱輻射信號光，所述第二量子阱輻射輔助光，通過量子隧穿效應(yīng)，所述第一量子阱和所述第二量子阱相互耦合。本發(fā)明高調(diào)制速度的發(fā)光二極管通過載流子在能量空間的動態(tài)過程，實(shí)現(xiàn)了載流子的超快注入與超快抽離參與信號光輻射的能量區(qū)域，降低了發(fā)光二極管光信號的上升沿與下降沿所需的時(shí)間，進(jìn)而提高了發(fā)光二極管的調(diào)制速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其調(diào)制方法和制造方法，尤其涉及一種高調(diào)制速度發(fā)光二極管及其調(diào)制方法和制造方法。

背景技術(shù)

發(fā)光二極管（LED）是一種PN結(jié)型半導(dǎo)體光電器件。其采用的半導(dǎo)體材料一般是III-V族， II-VI族元素的二元或多元化合物半導(dǎo)體。其輻射光譜由PN結(jié)化合物半導(dǎo)體材料的帶隙決定，覆蓋從紫外、可見到紅外波段。

LED是一種自發(fā)輻射光電器件，其發(fā)光機(jī)制是由N區(qū)注入電子，P區(qū)注入空穴，電子-空穴在有源區(qū)自發(fā)輻射復(fù)合，發(fā)出光子。

PN結(jié)中電子與空穴統(tǒng)稱載流子，其自發(fā)輻射復(fù)合幾率的倒數(shù)就是載流子的自發(fā)輻射復(fù)合壽命，即載流子在被復(fù)合湮滅掉之前的平均存在時(shí)間。

如果PN結(jié)區(qū)載流子的濃度為，載流子的壽命為，那么該P(yáng)N結(jié)自發(fā)輻射復(fù)合發(fā)光功率將正比于。

載流子的濃度正比于注入PN結(jié)的電流密度。當(dāng)電流密度高，則載流子的濃度高，輻射光功率高。當(dāng)電流密度低，載流子的濃度低，輻射光功率低。

當(dāng)對LED進(jìn)行直接電調(diào)制時(shí)，電壓在開啟電壓與關(guān)斷電壓之間切換，注入PN結(jié)中的電流密度也相應(yīng)地在與之間切換，其輻射的光功率也相應(yīng)地在與之間切換，從而實(shí)現(xiàn)LED由電信號到光信號的調(diào)制。

PN結(jié)中載流子濃度隨電流密度的變化并不是同步的，會有一定的滯后效應(yīng)，滯后效應(yīng)與載流子壽命有關(guān)，其關(guān)系可用公式 表示，這種滯后效應(yīng)將限制PN結(jié)的最高調(diào)制速度。這就意味著LED調(diào)制帶寬就將受限于載流子的輻射復(fù)合壽命。

由于載流子的輻射復(fù)合壽命一般較長，這導(dǎo)致 LED的調(diào)制帶寬一般只有幾十兆赫茲，不能滿足光通信對調(diào)制速度的要求。原理上，載流子的自發(fā)輻射復(fù)合壽命屬于半導(dǎo)體材料的固有屬性，縮短載流子輻射復(fù)合壽命是困難的。因此，要實(shí)現(xiàn)高調(diào)制速度的LED光源，必須采用不同于以上理論路徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高調(diào)制速度的發(fā)光二極管及其調(diào)制方法和制造方法，旨在用于解決現(xiàn)有的發(fā)光二極管不能滿足光通信對調(diào)制速度的要求的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明提供一種高調(diào)制速度發(fā)光二極管，其特征在于，包括：所述發(fā)光二極管的PN結(jié)結(jié)區(qū)包含一個(gè)雙量子阱結(jié)構(gòu)，所述雙量子阱結(jié)構(gòu)包括一第一量子阱和一第二量子阱，所述第一量子阱的帶隙大于所述第二量子阱的帶隙，所述第一量子阱輻射信號光，所述第二量子阱輻射輔助光，通過量子隧穿效應(yīng)，所述第一量子阱和所述第二量子阱相互耦合。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述第一量子阱與所述第二量子阱采用相同的化合物半導(dǎo)體時(shí)，所述第一量子阱采用的化合物半導(dǎo)體中各元素的占比與所述第二量子阱采用的化合物半導(dǎo)體中各元素的占比不同。

進(jìn)一步地，所述第一量子阱和所述第二量子阱均采用InGaN半導(dǎo)體，所述第一量子阱中In的占比為小于所述第二量子阱中In的占比。

進(jìn)一步地，所述第一量子阱的InGaN半導(dǎo)體中In的占比為0.3，所述第二量子阱的InGaN半導(dǎo)體中In的占比為0.5。

進(jìn)一步地，所述第一量子阱與所述第二量子阱的厚度均為0.003微米，所述第一量子阱與所述第二量子阱的間距為0.005微米。