基于量子阱子帶躍遷的隧穿誘導(dǎo)透明效應(yīng)的時(shí)延器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的基于量子阱子帶躍遷的隧穿誘導(dǎo)透明效應(yīng)的時(shí)延器件，屬于半導(dǎo)體材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于光電子領(lǐng)域的時(shí)延器件。其結(jié)構(gòu)是，在GaAs材料的基底（1）上依次生長(zhǎng)有AlAs層（2）、第一勢(shì)壘層（3）、淺量子阱層（4）、第二勢(shì)壘層（5）、深量子阱層（6）、第三勢(shì)壘層（7）和連續(xù)區(qū)（8）；以第一勢(shì)壘層（3）～連續(xù)區(qū)（8）為一個(gè)周期，共排列有6～15個(gè)周期；然后有覆蓋層（9），最外層有空氣隔離層（10）。本發(fā)明的時(shí)延器件的延時(shí)時(shí)間可以達(dá)到皮秒量級(jí)，可以應(yīng)用于光電子學(xué)領(lǐng)域。本發(fā)明的時(shí)延器件比采用原子系統(tǒng)時(shí)延器件更實(shí)用，其結(jié)構(gòu)與材料可以人為地選擇，相干強(qiáng)度可以控制和改變。
【專利說明】基于量子阱子帶躍遷的隧穿誘導(dǎo)透明效應(yīng)的時(shí)延器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種用于光電子領(lǐng)域的時(shí)延器件。
【背景技術(shù)】
[0002]光時(shí)延器件在光信息加工與處理領(lǐng)域具有應(yīng)用價(jià)值，例如，對(duì)光信號(hào)的編碼、解碼、濾波、卷積計(jì)算等。現(xiàn)有的類似光時(shí)延系統(tǒng)是腔內(nèi)電磁誘導(dǎo)透明的原子Lambda三能級(jí)系統(tǒng)。在原子三能級(jí)系統(tǒng)中，一束探測(cè)光、一束強(qiáng)耦合光平行地入射到盛有氣體原子的樣品池中，類似于本發(fā)明的子帶|2>和I 3>之間的相互作用是通過加強(qiáng)相干場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的。與采用半導(dǎo)體超晶格材料微腔結(jié)構(gòu)本身的耦合相互作用相比，原子系統(tǒng)存在相互作用強(qiáng)度過大、延時(shí)時(shí)間短、不能工作在通訊的波長(zhǎng)等缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有時(shí)延器件的不足，采用超晶格非對(duì)稱雙量子阱結(jié)構(gòu)提供一種可工作在中紅外光譜范圍的時(shí)延器件。
[0004] 上述的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]一種基于量子阱子帶躍遷的隧穿誘導(dǎo)透明效應(yīng)的時(shí)延器件，其特征在于，在GaAs材料的基底I上依次生長(zhǎng)有AlAs層2、第一勢(shì)壘層3、淺量子阱層4、第二勢(shì)壘層5、深量子阱層6、第三勢(shì)壘層7和連續(xù)區(qū)8 ;以第一勢(shì)壘層3至連續(xù)區(qū)8為一個(gè)周期，共排列有I~15個(gè)周期；然后有覆蓋層9，最外層有空氣隔離層10 ;所述的第一勢(shì)壘層3、第二勢(shì)壘層5、第三勢(shì)壘層7、覆蓋層9是AlxGai_xAs，x=0.35~0.4材料的，所述的淺量子阱層4、連續(xù)區(qū)8是AlyGa^yAs, y=0.1~0.2材料的,所述的深量子講層6是GaAs材料的,所述的空氣隔離層10是GaAs材料的。
[0006]其中，GaAs材料的基底I可以選取GaAs (001)生長(zhǎng)AlAs層2。
[0007]所述的AlAs層2的厚度優(yōu)選2000nm~5000nm ;所述的第一勢(shì)魚層3的厚度優(yōu)選IOnm~30nm,第二勢(shì)魚層5和第三勢(shì)魚層7厚度優(yōu)選2nm~5nm ;所述的淺量子講層4寬度(即材料厚度)優(yōu)選1.8nm~8nm，深量子阱層6寬度(即材料厚度)優(yōu)選5.3nm~IOnm ;所述的連續(xù)區(qū)8的厚度優(yōu)選150nm~180nm ;所述的覆蓋層9的厚度優(yōu)選200nm~500nm ；所述的空氣隔離層10的厚度優(yōu)選5nm~10nm。
[0008]所述的以第一勢(shì)壘層3至連續(xù)區(qū)8為一個(gè)周期，共排列有9個(gè)周期效果最好。
[0009]本發(fā)明的整個(gè)結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)在未參雜的GaAs基底上，基底上首先是AlAs層，AlAs層的上面是6~15個(gè)非對(duì)稱雙量子講，然后是AlxGahAs覆蓋層，最后是AlAs空氣隔離層。每個(gè)非對(duì)稱雙量子阱由一個(gè)淺阱，一個(gè)深阱和一個(gè)連續(xù)區(qū)構(gòu)成，淺阱、深阱和連續(xù)區(qū)彼此間是勢(shì)壘層，各個(gè)非對(duì)稱雙量子阱由勢(shì)壘層隔絕。
[0010]圖2所示是本發(fā)明的工作原理。淺阱的第一個(gè)子帶與深阱的第二個(gè)子帶通過兩阱之間的薄勢(shì)壘的耦合隧穿作用，產(chǎn)生一對(duì)劈裂能級(jí)b和C。由加在勢(shì)壘上的偏置電壓可以改變薄勢(shì)壘的高度和寬度，這種改變控制劈裂的強(qiáng)度和寬度。深阱的第一個(gè)子帶用能級(jí)a表/Jn ο
[0011]由于隧穿誘導(dǎo)透明作用，探測(cè)光脈沖通過本發(fā)明的時(shí)延器件時(shí)，傳播群速度減慢，從而產(chǎn)生延時(shí)，并且延時(shí)時(shí)間可以達(dá)到皮秒級(jí)。本發(fā)明的時(shí)延器件工作在中紅外區(qū)域，可以應(yīng)用于光電子設(shè)備中。
[0012]本發(fā)明中各層的生長(zhǎng)可以采用現(xiàn)有的分子束外延技術(shù)或分子束濺射技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
[0013]由于隧穿誘導(dǎo)透明作用，探測(cè)光群速度減慢，本發(fā)明的時(shí)延器件的延時(shí)時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)皮秒?？梢詰?yīng)用于光電子學(xué)領(lǐng)域。本發(fā)明的時(shí)延器件比采用原子系統(tǒng)時(shí)延器件更實(shí)用，因?yàn)榘雽?dǎo)體結(jié)構(gòu)與材料可以人為地選擇，相干強(qiáng)度可以控制和改變。
[0014]綜上，本發(fā)明有以下有益效果:
[0015]1、延時(shí)時(shí)間 長(zhǎng)，可達(dá)皮秒級(jí)，而且延時(shí)時(shí)間可控。
[0016]2、工作波長(zhǎng)容易改變，只需改變本發(fā)明中各層所用的半導(dǎo)體材料，即可改變工作波長(zhǎng)。
[0017]3、相干強(qiáng)度可以控制和改變。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0018]圖1為本發(fā)明的時(shí)延器件的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中箭頭表示重復(fù)單元。
[0019]圖2為本發(fā)明的工作原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0021]實(shí)施例1
[0022]參照?qǐng)D1，基底I是GaAs (001)。順次是AlAs層，厚度為3900nm ;第一勢(shì)壘層3，成分為Ala4Gaa6As,厚度為20nm ;淺量子阱層4，成分為Al。.16GaQ.84As，厚度為6.7nm ;第二勢(shì)壘層5，成分為Ala4Gaa6As,厚度為4.2nm ;深量子阱層6，成分為GaAs，厚度為7.8nm ;第三勢(shì)壘層7成分為Ala4Gaa6As,厚度為2.9nm ;連續(xù)區(qū)8，成分為Al。.16GaQ.84As，厚度為160nm。自第一勢(shì)壘層3至連續(xù)區(qū)8為一個(gè)周期，再生長(zhǎng)9個(gè)周期，共10個(gè)周期，然后再生長(zhǎng)一個(gè)覆蓋層9，成分為Ala4Gaa6As,寬度為200nm，和GaAs空氣隔離層10，寬度為7.5nm。這種結(jié)構(gòu)的時(shí)延器件的工作波長(zhǎng)為9.23 μ m,時(shí)延為0.73ps。
[0023]實(shí)施例2
[0024]參照?qǐng)D1，基底I是GaAs (001)。順次是AlAs層，厚度為5000nm ;第一勢(shì)壘層3，成分為Ala 35Ga0.75As,厚度為IOnm ;淺量子阱層4，成分為Ala ^a0.9As,厚度為Snm ;第二勢(shì)壘層5成分是Ala35Gaa75As,厚度為3nm ;深量子阱層6為GaAs，厚度為IOnm ;第三勢(shì)壘層7成分是Ala35Gaa75As,厚度為2nm ;連續(xù)區(qū)8,成分為Ala Aaa9As,厚度為160nm。自第一勢(shì)魚層3至連續(xù)區(qū)8為一個(gè)周期，再生長(zhǎng)14個(gè)周期，共15個(gè)周期，然后再生長(zhǎng)一個(gè)覆蓋層9，成分為Ala4Gaa6As,寬度為300nm，和GaAs空氣隔離層10，寬度為5nm。這種結(jié)構(gòu)的時(shí)延器件的工作波長(zhǎng)為13.16 μ m,時(shí)延為0.55ps。
[0025]實(shí)施例3
[0026]參照?qǐng)D1，基底I是GaAs (001)。順次是AlAs層，厚度為2000nm ;第一勢(shì)壘層3，成分為Ala4Gaa6As,厚度為30nm ;淺量子阱層4是Ala2Gaa8As材料，厚度為1.Snm ;第二勢(shì)壘層5成分是Ala4Gaa6As,厚度為5nm ;深量子阱層6為GaAs，厚度為5.3nm ;第三勢(shì)壘層7成分是Ala4Gaa6As,厚度為4.5nm ;連續(xù)區(qū)8的成分為Ala2Gaa8As，厚度為160nm。自第一勢(shì)壘層3至連續(xù)區(qū)8為一個(gè)周期，再生長(zhǎng)5個(gè)周期，共6個(gè)周期，然后再生長(zhǎng)一個(gè)覆蓋層9，成分為Ala4Gaa6As,寬度為500nm JPGaAs空氣隔離層10，寬度為10nm。這種結(jié)構(gòu)的時(shí)延器件的工作波長(zhǎng)為5.86 μ m,時(shí)延為0.18ps。
【權(quán)利要求】
1.一種基于量子阱子帶躍遷的隧穿誘導(dǎo)透明效應(yīng)的時(shí)延器件，其特征在于，在GaAs材料的基底(I)上依次生長(zhǎng)有AlAs層(2)、第一勢(shì)壘層(3)、淺量子阱層(4)、第二勢(shì)壘層(5)、深量子阱層(6)、第三勢(shì)壘層(7)和連續(xù)區(qū)(8);以第一勢(shì)壘層(3)至連續(xù)區(qū)(8)為一個(gè)周期，共排列有6?15個(gè)周期；然后有覆蓋層(9)，最外層有空氣隔離層(10);所述的第一勢(shì)壘層(3 )、第二勢(shì)壘層(5 )、第三勢(shì)壘層(7 )、覆蓋層(9 )是AlxGahAs，x=0.35?0.4材料的，所述的淺量子阱層(4)、連續(xù)區(qū)(8)是AlyGal_yAs，y=0.1?0.2材料的，所述的深量子阱層(6)是GaAs材料的，所述的空氣隔離層(10)是GaAs材料的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于量子阱子帶躍遷的隧穿誘導(dǎo)透明效應(yīng)的時(shí)延器件，其特征在于，所述的AlAs層(2)的厚度是2000nm?5000nm ;所述的第一勢(shì)壘層(3)的厚度是IOnm?30nm,第二勢(shì)魚層(5)和第三勢(shì)魚層(7)厚度是2nm?5nm ;所述的淺量子講層(4)寬度是1.8nm?8nm，深量子阱層(6)寬度是5.3nm?IOnm ;所述的連續(xù)區(qū)(8)的厚度是150nm?180nm ;所述的覆蓋層(9)的厚度是200nm?500nm ;所述的空氣隔離層(10)厚度是5nm?IOnm0
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于量子阱子帶躍遷的隧穿誘導(dǎo)透明效應(yīng)的時(shí)延器件，其特征在于，以第一勢(shì)壘層(3)至連續(xù)區(qū)(8)為一個(gè)周期，共排列有9個(gè)周期。
【文檔編號(hào)】G02F1/017GK103926713SQ201410155328
【公開日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年4月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月17日
【發(fā)明者】蘇雪梅, 王濤, 張銳, 李翠莉, 卓仲暢 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)