包括具有多能級的三耦合量子阱結(jié)構(gòu)的光學(xué)設(shè)備的制造方法
【專利說明】包括具有多能級的三耦合量子阱結(jié)構(gòu)的光學(xué)設(shè)備
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2013年11月7日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請N0.10-2013-0134986的優(yōu)先權(quán)，通過引用，將其公開內(nèi)容全部合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]與示例性實施例一致的裝置涉及一種包括三耦合量子阱結(jié)構(gòu)的光學(xué)設(shè)備，并且更具體地，涉及一種包括具有多能級的三耦合量子阱結(jié)構(gòu)的光學(xué)設(shè)備，其可以提高多量子阱結(jié)構(gòu)中的光吸收強(qiáng)度，而不會增加驅(qū)動電壓。
【背景技術(shù)】
[0004]3D相機(jī)不僅具有一般的圖像捕獲功能，而且還具有測量從物體的表面上的多個點到3D相機(jī)的距離的功能。最近已經(jīng)提出了多種算法來測量物體和3D相機(jī)之間的距離。這些算法中的典型算法是飛行時間(time-of-f light (TOF))算法。根據(jù)TOF法，照明光被發(fā)射到物體上，然后測量在從照明光被發(fā)射直到從物體反射的照明光被光接收單元接收之間的飛行時間。照明光的飛行時間可以通過測量上述照明光的相位延遲來獲得。高速光學(xué)調(diào)制器(modulator)被用來精確測量相位延遲。
[0005]具有優(yōu)異的電-光響應(yīng)特性的光學(xué)調(diào)制器被用于獲取具有高距離精度的三維圖像。最近，主要使用GaAs類半導(dǎo)體光學(xué)調(diào)制器。GaAs類半導(dǎo)體光學(xué)調(diào)制器具有在其中多量子阱(MQW)結(jié)構(gòu)被布置在P電極和N電極之間的P-1-N 二極管結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)反向偏置電壓被施加到P-N電極之間時，MQW結(jié)構(gòu)形成在特定的波長帶的激子，并且吸收光。MQff結(jié)構(gòu)的吸收光譜特性上隨著反向偏置電壓的增加而朝向長波長移動。因此，特定波長處的吸收程度可以根據(jù)反向偏置電壓的變化而變化。因此，根據(jù)上述原理，具有特定波長的入射光的強(qiáng)度可以通過調(diào)節(jié)施加到光學(xué)調(diào)制器上的反向偏置電壓來調(diào)制。
[0006]在光學(xué)調(diào)制器中，距離精度隨著指示在當(dāng)施加電壓時和不施加電壓時之間的吸收程度的不同的對比度(例如，解調(diào)對比)的增加而增加。以低電壓進(jìn)行驅(qū)動有利于防止因熱而導(dǎo)致的性能劣化。在一般情況下，增加對比度可以通過增加在MQW結(jié)構(gòu)中的光吸收強(qiáng)度和躍遷能量來實現(xiàn)。光吸收強(qiáng)度與量子阱層的厚度成反比并且與在所述量子阱層中的空穴的波函數(shù)和電子的波函數(shù)之間的重疊的程度的平方成正比。此外，指示吸收光譜移向長波長的程度的躍遷能量正比于量子阱層的厚度的四次方并且正比于施加的電壓的平方。
[0007]然而，當(dāng)量子阱層的厚度被減小以增加光的吸收強(qiáng)度時，躍遷能量減少，并且所施加的電壓增加以補(bǔ)償躍遷能量的減少。另一方面，當(dāng)量子阱層的厚度被增加以增加躍遷能量時，空穴的波函數(shù)和電子的波函數(shù)之間的重疊程度降低，并且由電子-空穴對而生成的激子減小，使得吸收強(qiáng)度降低。因此，吸收強(qiáng)度的提高和驅(qū)動電壓的降低處于折衷選擇的關(guān)系O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]另外的示例性方面將部分地在下面的描述中得以闡述，并且部分地將從描述中變得顯而易見，或者可通過本實施例的實踐而得知。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的一個方面，一種光學(xué)設(shè)備，包括:有源層，其包括至少兩個外部勢壘，以及被插入在所述至少兩個外部勢壘之間的至少一個耦合量子阱，在其中，每個耦合量子阱包括至少三個量子阱層和至少兩個耦合勢壘，其中，所述耦合勢壘中的每個被設(shè)置在量子阱層中的兩個之間，被布置在耦合量子阱的相對兩端的兩個量子阱層的厚度與被布置在兩個量子阱層之間的其他量子阱層的厚度不同，并且被布置在相對兩端的兩個量子阱層的能級與被布置在兩個量子阱層之間的其他量子阱層的能級不同。
[0010]至少兩個耦合勢壘的勢能可以比接地電平高，并且比外部勢壘的能級低。
[0011]耦合量子阱的每個可以是三耦合量子阱，其包括順序堆疊的第一量子阱層、第一耦合勢壘、第二量子阱層、第二耦合勢壘、和第三量子阱層，并且第一和第二耦合勢壘的勢能比接地電平高，并且比外部勢壘的能級低。
[0012]第一量子阱層的厚度和第三量子阱層的厚度可以小于第二量子阱層的厚度，并且第一量子阱層的能級和第三量子阱層的能級可以比第二量子阱層的能級低。
[0013]根據(jù)另一個示例性實施例的一個方面，一種光學(xué)設(shè)備，包括:有源層，其包括至少兩個外部勢壘，以及被插入在所述至少兩個外部勢壘之間的至少一個耦合量子阱，以及下反射層和上反射層，其分別被設(shè)置在有源層的下和上表面上，在其中，每個耦合量子阱具有至少三個量子阱層和至少兩個耦合勢壘，耦合勢壘的每一個被設(shè)置在所述至少三個量子阱層中的兩個之間，并且設(shè)置在耦合量子阱的相對兩端的兩個量子阱層的能級與設(shè)置在所述兩個量子阱層之間的其他量子阱層的能級不同。
[0014]光學(xué)設(shè)備可以是反射型光學(xué)調(diào)制器，其中，所述下反射層的反射率比上反射層的反射率更高。
[0015]布置在相對兩端的兩個量子阱層的厚度可小于布置在所述兩個量子阱層之間的其他量子阱層的厚度。
[0016]光學(xué)設(shè)備可以進(jìn)一步包括設(shè)置在下和上反射層中至少一個內(nèi)的至少一個微腔層，其中，當(dāng)光學(xué)設(shè)備的諧振波長為λ時，所述有源層和所述至少一個微腔的每個具有為λ/2的整數(shù)倍的光學(xué)厚度。
[0017]所述至少一個耦合量子阱可包括:至少一個第一耦合量子阱，其包括順序堆疊的第一量子阱層、第一耦合勢壘、第二量子阱層、第二耦合勢壘和第三量子阱層；以及至少一個第二耦合量子阱，其包括順序堆疊的第四量子阱層、第三耦合勢壘、第五量子阱層、第四耦合勢壘、和第六量子阱層，其中，第一耦合量子阱的第二量子阱層的厚度與第二耦合量子阱的第五量子阱層的厚度不同。
[0018]第一至第四耦合勢壘的勢能中的每個可以比接地電平高，并且比外部勢壘的能級低。
[0019]第一量子阱層的厚度和第三量子阱層的厚度中的每個可以小于第二量子阱層的厚度，并且第四量子阱層的厚度和第六量子阱層的厚度的每個可以小于第五量子阱層的厚度。
[0020]第一量子阱層的能級和第三量子阱層的能級中的每個都低于第二量子阱層的能級，并且第四量子阱層的能級和第六量子阱層的能級的每個都比第五量子阱層的能級低。
[0021]第一耦合量子阱的第一和第三量子阱層的厚度中的每個可分別與第二耦合量子阱的第四和第六量子阱層的厚度中的每個相等。
[0022]至少一個耦合量子阱的每一個可包括順序堆疊的第一量子阱層、第一耦合勢壘、第二量子阱層、第二耦合勢壘和第三量子阱層。有源層還可以包括至少一個單量子阱，所述至少一個單量子阱中的每個包括被設(shè)置在兩個外部勢壘之間的單個第四量子阱層。
[0023]根據(jù)另一個示例性實施例的一個方面，一種光學(xué)設(shè)備，包括:下反射層、被設(shè)置在所述下反射層上的第一有源層、被設(shè)置在所述第一有源層上的中間反射層、被設(shè)置在中間反射層上的第二有源層、以及被設(shè)置在所述第二有源層上的上反射層，在其中，所述第一和第二有源層中的至少一個包括耦合量子阱結(jié)構(gòu)，其包括至少兩個外部勢壘和在所述至少兩個外部勢壘之間插入的至少一個耦合量子阱，耦合量子阱中的每個至少包括三個量子阱層和至少兩個耦合勢壘，其中，耦合勢壘的每個被設(shè)置在所述至少三個量子阱層中的兩個之間，被布置在所述至少三個量子阱層的相對端部的兩個量子阱層的厚度中的每個都小于被設(shè)置在所述兩個量子阱層之間的其他量子阱層的厚度，并且被布置在相對端部的兩個量子阱層的能級中的每個都比被設(shè)置在所述兩個量子阱層之間的其他量子阱層的能級低。
[0024]所述至少兩個耦合勢壘的勢能中的每個可以比接地電平高，并且比外部勢壘中的每個的能級低。
[0025]耦合量子阱的每一個可以是三耦合量子阱，其包括順序堆疊的第一量子阱層、第一耦合勢壘、第二量子阱層、第二耦合勢壘、和第三量子阱層，并且所述第一和第二耦合勢壘的勢能的每一個可能比接地電平高，并且比外部勢壘的每個的能級低。
[0026]所述第一量子阱層的厚度和第三量子阱層的厚度中的每個可以小于第二量子阱層的厚度，并且所述第一量子阱層的能級和第三量子阱層的能級中的每一個可以比所述第二量子阱層的能級低。
[0027]下和上反射層的每一個可以被摻雜成第一導(dǎo)電類型，并且中間反射層可以被摻雜成相反于第一導(dǎo)電類型的第二導(dǎo)電類型。
[0028]光學(xué)設(shè)備可以進(jìn)一步包括被設(shè)置在下和上反射層中的至少一個中的至少一個微腔層，其中，當(dāng)光學(xué)設(shè)備的諧振波長為λ時，所述有源層和所述至少一個微腔中的每個具有為λ/2的整數(shù)倍的光學(xué)厚度。
【附圖說明】
[0029]結(jié)合附圖，從示例性實施例的以下描述中，這些和/或其他示例性方面和優(yōu)點將變得清楚和更易于理解:
[0030]圖1是根據(jù)示例性實施例的具有三耦合量子阱結(jié)構(gòu)的有源層的能帶圖；
[0031]圖2Α和2Β分別示出了當(dāng)反向偏置電壓不被施加到圖1的有源層上時的電子的波函數(shù)和空穴的波函數(shù)；
[0032]圖3Α和3Β分別示出了當(dāng)反向偏置電壓被施加到圖1的有源層上時的電子的波函數(shù)和空穴的波函數(shù)；
[0033]圖4示出了具有圖1的三耦合量子阱結(jié)構(gòu)的有源層的吸收光譜；
[0034]圖5示出了與簡單的單量子阱結(jié)構(gòu)相比較，在具有圖1所示的三耦合量子阱結(jié)構(gòu)的有源層中的光吸收特性；
[0035]圖6示出了根據(jù)示例性實施例的具有三耦合量子阱結(jié)構(gòu)的光學(xué)設(shè)備的細(xì)節(jié)；
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