基于量子阱子帶間躍遷的腔致相干效應(yīng)的雙色全光開關(guān)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的基于量子阱子帶間躍遷的腔致相干效應(yīng)的雙色全光開關(guān)，屬于半導(dǎo)體材料【技術(shù)領(lǐng)域】。雙色全光開關(guān)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）、第一量子阱層（4）、第二勢(shì)壘層（5）、第二量子阱層（6）、第三勢(shì)壘層（7）、第三量子阱層（8）、第四勢(shì)壘層（9）和連續(xù)區(qū)（10）；以第一勢(shì)壘層（3）至連續(xù)區(qū)（10）為一個(gè)周期，排列有6～15個(gè)周期；然后有覆蓋層（11）和空氣隔離層（12）。本發(fā)明可工作在中遠(yuǎn)紅外波段，作為低能耗、高效率的紅外輻射源的完全帶隙開關(guān)，在衛(wèi)星探測(cè)與通訊方面有應(yīng)用價(jià)值；其結(jié)構(gòu)與材料可人為地選擇，并具有易于實(shí)現(xiàn)寬波段、微型化和集成化的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】基于量子阱子帶間躍遷的腔致相干效應(yīng)的雙色全光開關(guān)
【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】，特別涉及一種基于量子阱子帶間躍遷的腔致相干效應(yīng)的雙色全光開關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]光開關(guān)是光傳輸或光集成線路上，用于物理轉(zhuǎn)換和邏輯運(yùn)算的光電子器件。本發(fā)明所涉及的雙色光開關(guān)可用于多波長(zhǎng)的光路物理或邏輯控制，在光信息處理與加工領(lǐng)域的重要應(yīng)用?，F(xiàn)有的基于原子系統(tǒng)量子相干的雙色開關(guān)，工作波長(zhǎng)在可見與近紅外區(qū)域，不在光通信波段，并且諧振腔尺寸比較大，不易于實(shí)現(xiàn)與光集成線路的集成。本發(fā)明基于半導(dǎo)體量子阱微腔的量子相干效應(yīng)，工作在衛(wèi)星探測(cè)與光通訊波段。器件尺寸在微米量級(jí)，有利于與光集成線路的集成。

【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)有技術(shù)的不足，采用超晶格非對(duì)稱三量子阱結(jié)構(gòu)提供一種可工作在中紅外光譜范圍的全光開關(guān)，可以分別或同時(shí)控制兩個(gè)頻率臨近的雙色光。
[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間躍遷的腔致相干效應(yīng)的雙色全光開關(guān)，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、第一量子阱層4、第二勢(shì)壘層5、第二量子阱層6、第三勢(shì)壘層7、第三量子阱層8、第四勢(shì)壘層9和連續(xù)區(qū)10 ；以第一勢(shì)壘層3至連續(xù)區(qū)10為一個(gè)周期，共排列有6?15個(gè)周期；然后有覆蓋層11，最外層有空氣隔離層12 ；所述的第一勢(shì)壘層3、第二勢(shì)壘層5、第三勢(shì)壘層7、第四勢(shì)壘層9、覆蓋層11是AlxGai_xAs，x=0.35?0.4材料的，所述的第一量子阱層4、第二量子阱層6、連續(xù)區(qū)8是AlyGal_yAs，y=0.1?0.2材料的，所述的第三量子阱層8是GaAs材料的，所述的空氣隔離層12是GaAs材料的。
[0006]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、第三勢(shì)魚層7和第四勢(shì)魚層9厚度優(yōu)選2nm?5nm ;所述的第一量子阱層4和第二量子阱層6的寬度(即材料厚度)優(yōu)選1.Snm?8nm，第三量子阱層8寬度(即材料厚度)優(yōu)選5.3nm?IOnm ;所述的連續(xù)區(qū)10的厚度優(yōu)選150nm?180nm ;所述的覆蓋層11的厚度優(yōu)選200nm?500nm ;所述的空氣隔離層12厚度優(yōu)選5nm?10nm。
[0007]所述的以第一勢(shì)壘層3至連續(xù)區(qū)10為一個(gè)周期，共排列有9個(gè)周期時(shí)效果最好。
[0008]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)。
[0009]本發(fā)明的整個(gè)結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)在未參雜的GaAs(OOl)基底上，基底上首先是AlAs層，AlAs層的上面是6?15個(gè)非對(duì)稱三量子阱，然后是AlxGahAs覆蓋層，最后是AlAs空氣隔離層。每個(gè)非對(duì)稱雙量子阱由兩個(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。兩個(gè)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)生三個(gè)劈裂能級(jí)b，c和d。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)子帶和淺講的第二個(gè)子帶分別表示為能級(jí)a和能級(jí)e。探測(cè)光脈沖頻率與能級(jí)a到b, c和d子帶吸收躍遷共振。控制光脈沖頻率與能級(jí)e到b，c和d子帶吸收躍遷共振。
[0011]由于腔致隧穿誘導(dǎo)透明的量子相干作用，介質(zhì)了產(chǎn)生兩個(gè)鄰近的透明窗口，使得雙色入射光經(jīng)過該器件會(huì)透明地通過，開關(guān)處于開的狀態(tài)。打開控制光后，由于控制光會(huì)破壞量子相干，能夠?qū)崿F(xiàn)雙色入射光的吸收和反射，使透射光呈現(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)。并且通過操控控制光的頻率和功率，可以實(shí)現(xiàn)分別或同時(shí)調(diào)制雙色入射光的開和關(guān)的狀態(tài)。
[0012]本發(fā)明有以下有益效果:
[0013]1、工作在大氣窗口，在衛(wèi)星探測(cè)與通訊方面有應(yīng)用價(jià)值。
[0014]2、結(jié)構(gòu)與材料可以人為地選擇，易于實(shí)現(xiàn)微型化和集成化。
[0015]3、可以作為低能耗、高效率的紅外輻射源的開關(guān)。
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中箭頭表示重復(fù)單元。
[0017]圖2為本發(fā)明的工作原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0019]實(shí)施例1
[0020]參照?qǐng)D1，基底I是GaAs，順次是AlAs層，厚度為3900nm;第一勢(shì)壘層3，成分為Ala4Gaa6As,厚度為20nm ;第一量子阱層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 ;第二量子阱層6，成分為Al。.16GaQ.84As,厚度為6.7nm ；第三勢(shì)壘層7，成分為Ala4Gaa6As,厚度為4.2nm ;第三量子阱層8，成分為GaAs，厚度為7.8nm ;第四勢(shì)壘層9成分為Ala4Gaa6As,厚度為2.9nm ;連續(xù)區(qū)10，成分為Al0.16Ga0.84As，厚度為160nm。自第一勢(shì)壘層3至連續(xù)區(qū)10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11，成分為Ala4Gaa6As,寬度為200nm，和空氣隔離層12，成分為GaAs，寬度為7.5nm。這種結(jié)構(gòu)的控制器件的工作雙色光波長(zhǎng)為9.10 μ m和9.43 μ m。
[0021]實(shí)施例2
[0022]參照?qǐng)D1，基底I是GaAs，順次是AlAs層，厚度為5000nm;第一勢(shì)壘層3，成分為Al0.35Ga0.65As,厚度為IOnm ;第一量子阱層4，成分為Al。, ^a0.9As,厚度為Snm ;第二勢(shì)壘層5，成分為Ala35Gaa65As,厚度為3nm ;第二量子阱層6，成分為Ala Paci9As,厚度為Snm ;第三勢(shì)壘層7，成分為Ala35Gaa65As,厚度為3nm ;第三量子阱層8，成分為GaAs，厚度為IOnm ;第四勢(shì)魚層9成分為Ala35Gaa65As,厚度為2nm ;連續(xù)區(qū)10,成分為Al。.Aaa9As,厚度為160nm。自第一勢(shì)壘層3至連續(xù)區(qū)10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11，成分為Ala4Gaa6As,寬度為300nm，和空氣隔離層12，成分為GaAs，寬度為5nm。這種結(jié)構(gòu)的控制器件的工作雙色光波長(zhǎng)為12.89 μ m和13.41 μ m。
[0023]實(shí)施例3[0024]參照?qǐng)D1，基底I是GaAs，順次是AlAs層，厚度為2000nm;第一勢(shì)壘層3，成分為Altl4Gaa6As,厚度為30nm ;第一量子阱層4，成分為Ala2Gaa8As,厚度為1.Snm ;第二勢(shì)壘層5，成分為Altl4Gaa6As,厚度為5nm ;第二量子阱層6，成分為Ala2Gaa8As,厚度為1.Snm ;第三勢(shì)壘層7，成分為Altl4Gaa6As,厚度為5nm ;第三量子阱層8，成分為GaAs，厚度為5.3nm ;第四勢(shì)魚層9成分為Altl4Gaa6As,厚度為4.5nm ;連續(xù)區(qū)10,成分為Ala2Gaa8As,厚度為160nm。自第一勢(shì)壘層3至連續(xù)區(qū)10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11，成分為Ala4Gaa6As,寬度為500nm，和空氣隔離層12，成分為GaAs，寬度為10nm。這種結(jié)構(gòu)的控制器件的工作雙色光波長(zhǎng)為5.74 μ m和5.98 μ m。
【權(quán)利要求】
1.一種基于量子阱子帶間躍遷的腔致相干效應(yīng)的雙色全光開關(guān)，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)、第一量子阱層(4)、第二勢(shì)壘層(5)、第二量子阱層(6)、第三勢(shì)壘層(7)、第三量子阱層(8)、第四勢(shì)壘層(9)和連續(xù)區(qū)(10);以第一勢(shì)壘層(3)至連續(xù)區(qū)(10)為一個(gè)周期，共排列有6?15個(gè)周期；然后有覆蓋層(11)，最外層有空氣隔離層(12);所述的第一勢(shì)壘層(3)、第二勢(shì)壘層(5)、第三勢(shì)壘層(7)、第四勢(shì)壘層(9)、覆蓋層(11)是AlxGai_xAs，x=0.35?0.4材料的，所述的第一量子阱層(4)、第二量子阱層(6)、連續(xù)區(qū)(8)是AlyGal_yAs，y=0.1?0.2材料的，所述的第三量子阱層(8)是GaAs材料的，所述的空氣隔離層(12)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間躍遷的腔致相干效應(yīng)的雙色全光開關(guān)，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)的厚度為IOnm?30nm,第二勢(shì)魚層(5)、第三勢(shì)魚層(7)和第四勢(shì)魚層(9)厚度為2nm?5nm ；所述的第一量子阱層(4)和第二量子阱層(6)的寬度為1.Snm?8nm，第三量子阱層(8)寬度為5.3nm?IOnm ;所述的連續(xù)區(qū)(10)的厚度為150nm?180nm ;所述的覆蓋層(11)的厚度是200nm?500nm ;所述的空氣隔離層(12)厚度是5nm?10nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于量子阱子帶間躍遷的腔致相干效應(yīng)的雙色全光開關(guān)，其特征在于，以第一勢(shì)壘層(3)至連續(xù)區(qū)(10)為一個(gè)周期，共排列有9個(gè)周期。
【文檔編號(hào)】H01L31/08GK103928558SQ201410155065
【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】王濤, 蘇雪梅 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)