[發明專利]基于量子阱結構的光開關器件

有效

• 申請號: 201710312256.X
• 申請日: 2017-05-05
• 公開（公告）號: CN107248536B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 楊春;宋振杰;賈少鵬
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/11
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種基于量子阱結構的光開關器件，包括襯底，襯底上生長緩沖層，緩沖層上生長量子阱有源層；量子阱有源層從上到下依次包括第一勢壘層、第一隔離層、第一溝道層、第二溝道層、第二隔離層和第二勢壘層。本發明的量子阱有源區具有兩個導電溝道，因此在導電溝道中不存在光生電子?空穴之間的庫倫吸引而造成的載流子遷移率不高的問題，使第一溝道層中光生電子遷移率大大提高，同時空穴不參與第一溝道的導電，從而避免了空穴遷移率低的問題，進而消除了光生電子?空穴之間的庫倫吸引的影響，使第一溝道層中光生電子遷移率大大提高，同時也消除了空穴遷移率低的缺陷。本發明只有高遷移率的電子參與第一溝道信號的傳輸，從而可以提升光開關的速度和頻率特性。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，尤其涉及一種基于量子阱結構的光開關器件。

背景技術

光電導開關是基于半導體材料的光電子器件，用光照射半電導材料，在其內部產生光生載流子，電阻率下降而使器件導通；無光照時，器件截止。光電導開關可用于電信號的高速采樣、開關以及毫米波和太赫茲波的產生和探測等方面。

常用的半導體光電導材料包括低溫生長的砷化鎵、硒化鎘、銦化磷、無定形硅等。常規的基于半導體材料的光電導開關，為了減小光開關的開關時間，常用低溫生長、摻雜、粒子束轟擊等技術在半導體內部產生缺陷，從而減小載流子的壽命。這些方法雖然可以減小光開關的開關時間，但同時也降低了光生載流子的遷移率，從而限制了器件的速度和頻帶寬度。

隨著光通信和半導體材料的發展，使用光通信波段半導體鎖模激光器和光纖耦合的光電導開關器件得到發展，但開關比、速度和頻帶寬度仍然不理想，需要從半導體材料和器件結構方面進一步改進。

發明內容

發明目的：針對以上問題，本發明提出一種基于量子阱結構的光開關器件。

技術方案：為實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案是：一種基于量子阱結構的光開關器件，包括襯底，襯底上生長緩沖層，緩沖層上生長量子阱有源層；其中，量子阱有源層從上到下依次包括第一勢壘層、第一隔離層、第一溝道層、第二溝道層、第二隔離層和第二勢壘層。

第二溝道層為空穴阱或電子阱；第一溝道層和第二溝道層之間可分布有光吸收夾層。

量子阱有源層上表面設有共面波導電極，包括第一電極，第二電極，第三電極，第四電極，第五電極和第六電極；第三電極和第四電極為歐姆接觸，與第二溝道層連通，并與第一勢壘層、第一隔離層、第一溝道層通過絕緣層隔離；第一電極和第二電極可為叉指型電極結構。

光信號從器件上表面入射或器件下表面入射或同時從上、下表面入射；光信號是單波長光信號，是一個調制光信號；或者是含有多個光波長的光信號，每個光波長的幅度和相位都可以被調制；或者是用于控制的光脈沖和被調制的光信號的拍頻信號。

有益效果：與現有技術相比，本發明的量子阱有源區具有兩個導電溝道，因此在導電溝道中不存在光生電子-空穴之間的庫倫吸引而造成的載流子遷移率不高的問題，使第一溝道層中光生電子遷移率大大提高，同時空穴不參與第一溝道的導電，從而避免了空穴遷移率低的問題，進而消除了光生電子-空穴之間的庫倫吸引的影響，使第一溝道層中光生電子遷移率大大提高，同時也消除了空穴遷移率低的缺陷。本發明只有高遷移率的電子參與第一溝道信號的傳輸，從而可以提升光開關的速度和頻率特性。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的俯視圖；

圖2是本發明實施例1沿A方向的剖視圖；

圖3是本發明實施例1沿B方向的剖視圖；

圖4是光光混頻信號示意圖；

圖5是本發明實施例2的俯視圖；

圖6是本發明實施例3的俯視圖；