基于量子阱子帶間躍遷的腔致相干效應的雙色全光開關(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的雙色全光開關(guān)，屬于半導體材料【技術(shù)領域】。雙色全光開關(guān)結(jié)構(gòu)是，在GaAs材料的基底（1）上依次生長有AlAs層（2）、第一勢壘層（3）、第一量子阱層（4）、第二勢壘層（5）、第二量子阱層（6）、第三勢壘層（7）、第三量子阱層（8）、第四勢壘層（9）和連續(xù)區(qū)（10）；以第一勢壘層（3）至連續(xù)區(qū)（10）為一個周期，排列有6～15個周期；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)星探測與通訊方面有應用價值；其結(jié)構(gòu)與材料可人為地選擇，并具有易于實現(xiàn)寬波段、微型化和集成化的優(yōu)點。
【專利說明】基于量子阱子帶間躍遷的腔致相干效應的雙色全光開關(guān)
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體材料【技術(shù)領域】，特別涉及一種基于量子阱子帶間躍遷的腔致相干效應的雙色全光開關(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)可用于多波長的光路物理或邏輯控制，在光信息處理與加工領域的重要應用。現(xiàn)有的基于原子系統(tǒng)量子相干的雙色開關(guān)，工作波長在可見與近紅外區(qū)域，不在光通信波段，并且諧振腔尺寸比較大，不易于實現(xiàn)與光集成線路的集成。本發(fā)明基于半導體量子阱微腔的量子相干效應，工作在衛(wèi)星探測與光通訊波段。器件尺寸在微米量級，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)，可以分別或同時控制兩個頻率臨近的雙色光。
[0004]上述的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn):
[0005]一種基于量子阱子帶間躍遷的腔致相干效應的雙色全光開關(guān)，其特征在于，在GaAs材料的基底I上依次生長有AlAs層2、第一勢壘層3、第一量子阱層4、第二勢壘層5、第二量子阱層6、第三勢壘層7、第三量子阱層8、第四勢壘層9和連續(xù)區(qū)10 ；以第一勢壘層3至連續(xù)區(qū)10為一個周期，共排列有6?15個周期；然后有覆蓋層11，最外層有空氣隔離層12 ；所述的第一勢壘層3、第二勢壘層5、第三勢壘層7、第四勢壘層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 ;所述的第一勢魚層3的厚度優(yōu)選IOnm?30nm,第二勢魚層5、第三勢魚層7和第四勢魚層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]所述的以第一勢壘層3至連續(xù)區(qū)10為一個周期，共排列有9個周期時效果最好。
[0008]本發(fā)明中各層的生長可以采用現(xiàn)有的分子束外延技術(shù)或分子束濺射技術(shù)實現(xiàn)。
[0009]本發(fā)明的整個結(jié)構(gòu)生長在未參雜的GaAs(OOl)基底上，基底上首先是AlAs層，AlAs層的上面是6?15個非對稱三量子阱，然后是AlxGahAs覆蓋層，最后是AlAs空氣隔離層。每個非對稱雙量子阱由兩個淺阱，一個深阱和一個連續(xù)區(qū)構(gòu)成，淺阱、深阱和連續(xù)區(qū)彼此間是勢壘層，各個非對稱雙量子阱由勢壘層隔絕。[0010] 圖2所示是本發(fā)明的工作原理。兩個淺阱的第一個子帶與深阱的第二個子帶通過兩阱之間的薄勢壘的耦合隧穿作用，產(chǎn)生三個劈裂能級b，c和d。由加在勢壘上的偏置電壓可以改變薄勢壘的高度和寬度，這種改變控制劈裂的強度和寬度。深阱的第一個子帶和淺講的第二個子帶分別表示為能級a和能級e。探測光脈沖頻率與能級a到b, c和d子帶吸收躍遷共振?？刂乒饷}沖頻率與能級e到b，c和d子帶吸收躍遷共振。
[0011]由于腔致隧穿誘導透明的量子相干作用，介質(zhì)了產(chǎn)生兩個鄰近的透明窗口，使得雙色入射光經(jīng)過該器件會透明地通過，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，可以實現(xiàn)分別或同時調(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)星探測與通訊方面有應用價值。
[0014]2、結(jié)構(gòu)與材料可以人為地選擇，易于實現(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，圖中箭頭表示重復單元。
[0017]圖2為本發(fā)明的工作原理示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。
[0019]實施例1
[0020]參照圖1，基底I是GaAs，順次是AlAs層，厚度為3900nm;第一勢壘層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。自第一勢壘層3至連續(xù)區(qū)10為一個周期，再生長9個周期，共10個周期，然后再生長一個覆蓋層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為9.10 μ m和9.43 μ m。
[0021]實施例2
[0022]參照圖1，基底I是GaAs，順次是AlAs層，厚度為5000nm;第一勢壘層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。自第一勢壘層3至連續(xù)區(qū)10為一個周期，再生長14個周期，共15個周期，然后再生長一個覆蓋層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為12.89 μ m和13.41 μ m。
[0023]實施例3[0024]參照圖1，基底I是GaAs，順次是AlAs層，厚度為2000nm;第一勢壘層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。自第一勢壘層3至連續(xù)區(qū)10為一個周期，再生長5個周期，共6個周期，然后再生長一個覆蓋層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)上依次生長有AlAs層(2)、第一勢壘層(3)、第一量子阱層(4)、第二勢壘層(5)、第二量子阱層(6)、第三勢壘層(7)、第三量子阱層(8)、第四勢壘層(9)和連續(xù)區(qū)(10);以第一勢壘層(3)至連續(xù)區(qū)(10)為一個周期，共排列有6?15個周期；然后有覆蓋層(11)，最外層有空氣隔離層(12);所述的第一勢壘層(3)、第二勢壘層(5)、第三勢壘層(7)、第四勢壘層(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;所述的第一勢壘層(3)的厚度為IOnm?30nm,第二勢魚層(5)、第三勢魚層(7)和第四勢魚層(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的雙色全光開關(guān)，其特征在于，以第一勢壘層(3)至連續(xù)區(qū)(10)為一個周期，共排列有9個周期。
【文檔編號】H01L31/08GK103928558SQ201410155065
【公開日】2014年7月16日 申請日期: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 申請人:吉林大學