帶有dbr層的太赫茲光電導(dǎo)天線外延結(jié)構(gòu)及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種帶有DBR層的太赫茲光電導(dǎo)天 線外延結(jié)構(gòu)及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 太赫茲是指頻率在0. l-ΙΟΤΗζ，相對應(yīng)波長在3000-30μπι范圍內(nèi)的電磁波。因其介 于微波和紅外波段之間而具有兩個區(qū)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(fā)展價值;精細(xì)成像和物質(zhì)檢測方面，由于其具有強(qiáng)穿透性，并 且極性分子的轉(zhuǎn)動能級多在這一波段，太赫茲波具有物質(zhì)分辨的能力，有著重要的科學(xué)研 究價值。太赫茲有著上述的諸多優(yōu)點(diǎn)，已然成為下一代信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。
[0003] 太赫茲光電導(dǎo)天線是產(chǎn)生與探測太赫茲的最重要的一種光電器件。它采用飛秒激 光栗浦到天線上，在外加電壓的作用下，天線內(nèi)產(chǎn)生的光生載流子在天線表面附近形成快 速震蕩的電流，從而向外福射太赫茲。在太赫茲光電導(dǎo)天線的制作過程中，外延材料的結(jié)構(gòu) 對天線發(fā)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(molecular beam epitaxial，ΜΒΕ)設(shè)備低溫生長GaAs。 此種方法生長的低溫GaAs厚度較厚，并且產(chǎn)生的光生載流子多不在表面，栗浦光的利用效 率較低。
[0004] 本專利引入D B R結(jié)構(gòu)以提高外延材料對栗浦光的吸收效率。布拉格反射鏡 (Distributed Bragg Ref lector，DBR)是由光學(xué)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(jié)構(gòu)，研究表明這種結(jié)構(gòu)對特定波長的光的反射率可達(dá)99%以 上。本發(fā)明采用DBR結(jié)構(gòu)，可以減少低溫GaAs的生長厚度，有效的提高外延材料表面對栗浦 光的利用率，增強(qiáng)太赫茲天線輻射出的太赫茲波強(qiáng)度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，提供一種帶有DBR層的太赫茲光電導(dǎo)天線外延結(jié)構(gòu)及制備方 法，通過增加并改變DBR結(jié)構(gòu)材料的組成以及重復(fù)的周期數(shù)，從而提高外延層對光的吸收效 率，提尚太赫茲天線的福射性能。
[0006] 本發(fā)明提供一種帶有DBR層的太赫茲光電導(dǎo)天線的外延結(jié)構(gòu)，包括：
[0007] 一半絕緣襯底；
[0008] -緩沖層，其制作在半絕緣襯底上；
[0009] 一 DBR結(jié)構(gòu)，其制作在緩沖層上；
[0010] 一低溫層，其制作在DBR結(jié)構(gòu)上。
[0011] 本發(fā)明還提供一種帶有DBR層的太赫茲光電導(dǎo)天線的外延結(jié)構(gòu)的制備方法，包括 如下步驟：
[0012] 步驟1:取一半絕緣襯底；
[0013]步驟2:在半絕緣襯底上生長緩沖層；
[0014] 步驟3:在緩沖層上生長DBR結(jié)構(gòu)；
[0015] 步驟4:在DBR結(jié)構(gòu)上生長低溫層。
[0016] 步驟5:退火，完成制備。
[0017] 本發(fā)明的有益效果是，其是通過增加并改變DBR結(jié)構(gòu)材料的組成以及重復(fù)的周期 數(shù)，從而提尚外延層對光的吸收效率，提尚太赫茲天線的福射性能。
【附圖說明】
[0018] 為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如后，其中：
[0019] 圖1為本發(fā)明的外延結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明的制備流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021] 請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種帶有DBR層的太赫茲光電導(dǎo)天線的外延結(jié)構(gòu)，包 括：
[0022] 一半絕緣襯底10,該半絕緣襯底10的厚度為300-400μπι;
[0023] 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；
[0024] 一 DBR結(jié)構(gòu)30,其制作在緩沖層20上，所述DBR結(jié)構(gòu)30包括一 AlGaAs層31和制作在 其上的GaAs層32,所述DBR結(jié)構(gòu)30為周期結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為2-30。這種DBR結(jié)構(gòu)30與半絕緣襯底 10晶格匹配無應(yīng)力，其反射的中心波長為天線使用時的栗浦光波長。利用此DBR結(jié)構(gòu)30對天 線使用時的栗浦光的高反射作用，提高外延層對光的吸收效率，進(jìn)而提高太赫茲天線的輻 射性能。
[0025] 一低溫層40,其制作在DBR結(jié)構(gòu)30上。此低溫層40是在150-500°C之間的溫度的范 圍內(nèi)生長的GaAs材料，厚度為1-3μηι。這樣一種低溫層40的載流子壽命短，電子空穴復(fù)合速 度快，對應(yīng)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。
[0026]其中所述半絕緣襯底10、緩沖層20和低溫層40的材料均為GaAs。
[0027]請參閱圖2并結(jié)合參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種帶有DBR層的太赫茲光電導(dǎo)天線 的外延結(jié)構(gòu)的制備方法，包括如下步驟：
[0028] 步驟1:取一半絕緣襯底10;
[0029] 步驟2:在半絕緣襯底10上生長緩沖層20,生長溫度為400-600°C ;
[0030] 步驟3:在緩沖層20上生長DBR結(jié)構(gòu)30,所述DBR結(jié)構(gòu)30包括一 AlGaAs層31和制作在 其上的GaAs層32，所述DBR結(jié)構(gòu)30為周期結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為3-20，生長溫度為400-600°C ;
[0031] 步驟4:在DBR結(jié)構(gòu)30上生長低溫層40,生長溫度為ΙδΟ-δΟΟΓΑΒΙ?結(jié)構(gòu)30每層材料
計算，其中，dx為DBR每層材料厚度，AADBR反射波長，ηχ為每層材料 折射率。
[0032] 步驟5:退火，采用分子束外延的方法，接著在原位對材料進(jìn)行退火。這樣一種原位 退火可以使外延材料的晶格質(zhì)量得到改善。所述退火的溫度為500-800°C，完成制備。
[0033]其中所述各層結(jié)構(gòu)生長方法均為分子束外延法，半絕緣襯底10、緩沖層20和低溫 層40的材料均為GaAs。
[0034]以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制。盡管參照前述實(shí)施例 對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實(shí)施 例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改或者 替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種帶有DBR層的太赫茲光電導(dǎo)天線的外延結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，其制作在緩沖層上； 一低溫層，其制作在DBR結(jié)構(gòu)上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有DBR層的太赫茲光電導(dǎo)天線的外延結(jié)構(gòu)，其中所述半絕緣 襯底、緩沖層和低溫層的材料為GaAs。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有DBR層的太赫茲光電導(dǎo)天線的外延結(jié)構(gòu)，其中DBR結(jié)構(gòu)包 括一 AlGaAs層和制作在其上的GaAs層。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有DBR層的太赫茲光電導(dǎo)天線的外延結(jié)構(gòu)，其中DBR結(jié)構(gòu)為 周期結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為2-30。5. -種帶有DBR層的太赫茲光電導(dǎo)天線的外延結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)； 步驟4:在DBR結(jié)構(gòu)上生長低溫層。 步驟5:退火，完成制備。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有DBR層的太赫茲光電導(dǎo)天線外延結(jié)構(gòu)的制備方法，其中所 述半絕緣襯底、緩沖層和低溫層的材料為GaAs。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種帶有DBR層的太赫茲光電導(dǎo)天線外延結(jié)構(gòu)的制備方法，其 中DBR結(jié)構(gòu)包括一 AlGaAs層和制作在其上的GaAs層。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的帶有DBR層的太赫茲光電導(dǎo)天線外延結(jié)構(gòu)的制備方法，其中 DBR結(jié)構(gòu)為周期結(jié)構(gòu)，周期數(shù)為2-30。9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有DBR層的太赫茲光電導(dǎo)天線外延結(jié)構(gòu)的制備方法，其中退 火的溫度為500-800 °C。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種帶有DBR層的太赫茲光電導(dǎo)天線外延結(jié)構(gòu)及制備方法，其中帶有DBR層的太赫茲光電導(dǎo)天線的外延結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，其制作在緩沖層上；一低溫層，其制作在DBR結(jié)構(gòu)上。本發(fā)明通過增加并改變DBR結(jié)構(gòu)材料的組成以及重復(fù)的周期數(shù)，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。
【IPC分類】G02B5/08
【公開號】CN105589119
【申請?zhí)枴緾N201610110101
【發(fā)明人】郭春妍, 徐建星, 倪海橋, 汪韜, 牛智川
【申請人】中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2016年2月29日