6]圖7示意性示出了圖6的光學(xué)設(shè)備的吸收系數(shù)光譜；
[0037]圖8示意性示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的具有三耦合量子阱結(jié)構(gòu)的反射光學(xué)調(diào)制器的結(jié)構(gòu)；
[0038]圖9示出了圖8所示的反射型光學(xué)調(diào)制器的詳細(xì)示例；
[0039]圖10示意性示出了圖9的反射型光學(xué)調(diào)制器的反射特性；
[0040]圖11示意性示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的具有三耦合量子阱結(jié)構(gòu)的透射型光學(xué)調(diào)制器的結(jié)構(gòu)；
[0041]圖12示出了圖11的透射型光學(xué)調(diào)制器的詳細(xì)示例；
[0042]圖13示意性示出了圖12的透射型光學(xué)調(diào)制器的透射特性；
[0043]圖14示意性示出了根據(jù)另一示例性實(shí)施例的具有三耦合量子阱結(jié)構(gòu)的透射型光學(xué)調(diào)制器的結(jié)構(gòu)；
[0044]圖15示出了圖14的透射型光學(xué)調(diào)制器的詳細(xì)示例；
[0045]圖16示意性地示出了圖15的透射型光學(xué)調(diào)制器的透射特性；以及
[0046]圖17示意性地示出了根據(jù)另一示例性實(shí)施例的具有三耦合量子阱結(jié)構(gòu)的透射型光學(xué)調(diào)制器的結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0047]現(xiàn)在將詳細(xì)參考在附圖中示出的示例性實(shí)施例，其中，相同的附圖標(biāo)記表示相似的元件。另外，為了便于說(shuō)明和清楚起見(jiàn)，在附圖中示出的每一層的尺寸可以被夸大。在這方面，本實(shí)施例可具有不同形式，并且不應(yīng)被解釋為限于在此闡述的描述。因此，以下通過(guò)參考附圖，對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行描述僅僅用于解釋本描述的各方面。在層結(jié)構(gòu)中，當(dāng)一個(gè)構(gòu)成元素被設(shè)置在另一構(gòu)成元素“上方”或“上”時(shí)，該構(gòu)成元素可以是僅直接位于其它的構(gòu)成元素上，或者以非接觸的方式位于其它的構(gòu)成元素上方。
[0048]圖1是根據(jù)示例性實(shí)施例的具有三耦合量子阱結(jié)構(gòu)的有源層的能帶圖。參照?qǐng)D1，根據(jù)本實(shí)施例的有源層可以包括兩個(gè)外部勢(shì)壘以及插入在兩個(gè)外部勢(shì)壘之間的三耦合量子阱。盡管圖1僅僅示出兩個(gè)外部勢(shì)壘和一個(gè)三耦合量子阱，但是也可以包括更多的外部勢(shì)壘和三耦合量子阱。例如，有源層可以包括至少兩個(gè)外部勢(shì)壘和插入在每對(duì)兩個(gè)外部勢(shì)壘之間的至少一個(gè)三耦合量子阱。
[0049]三耦合量子阱的每個(gè)可包括:被順序地布置的第一量子阱層QW1、第一耦合勢(shì)壘CB1、第二量子阱層QW2、第二耦合勢(shì)壘CB2、和第三量子阱層QW3。在三耦合量子阱結(jié)構(gòu)中，三個(gè)量子阱層可以通過(guò)兩個(gè)耦合勢(shì)壘而彼此耦合。因此，在有源層的整體結(jié)構(gòu)中，三耦合量子阱可以執(zhí)行類似于單量子阱的功能。其結(jié)果是，因?yàn)橛米鲉瘟孔于鍖拥娜詈狭孔于褰Y(jié)構(gòu)的厚度比單量子阱層的厚度更厚，所以躍遷能量可以增加，而不會(huì)增加驅(qū)動(dòng)電壓。
[0050]一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)在空穴的波函數(shù)和電子的波函數(shù)之間的重疊的程度較大時(shí)，作為電子和空穴對(duì)的激子的產(chǎn)生增加，并且因此光學(xué)設(shè)備的光吸收強(qiáng)度增加。根據(jù)本實(shí)施例，為了提高包括圖1的有源層的光學(xué)設(shè)備的光吸收強(qiáng)度，第二量子阱層QW2的厚度可以是三個(gè)量子阱層中最厚的，使得空穴的波函數(shù)和電子的波函數(shù)重疊的部分增加。因?yàn)榈诙孔于鍖観W2的厚度是最厚的，所以在第二量子阱層QW2中剩余的空穴的波函數(shù)部分和電子的波函數(shù)部分增加，使得空穴的波函數(shù)和電子的波函數(shù)之間的重疊可以增大。
[0051]為了進(jìn)一步提高光吸收強(qiáng)度，被設(shè)置在第二量子阱層的相對(duì)側(cè)上的第一和第三量子阱層QWl和QW3的厚度dl和d5可以小于被設(shè)置在其間的第二量子阱層QW2的厚度d3。另外，為了防止驅(qū)動(dòng)電壓因?yàn)榈谝缓偷谌孔于鍖観Wl與QW3的厚度dl和d5的減小而增力口，第一和第三量子阱層QWl與QW3的能級(jí)可以比第二量子阱層QW2的能級(jí)低。因此，第二量子阱層QW2的帶隙I可以比第一和第三量子阱層QWl和QW3的帶隙2大。第一和第三量子阱層QWl與QW3的厚度和電平可以是相同的或不同的。從這個(gè)角度來(lái)看，本實(shí)施方式的量子阱結(jié)構(gòu)可以被稱作是具有多能級(jí)的三耦合量子阱結(jié)構(gòu)。
[0052]為了耦合三個(gè)量子阱層QWl到QW3，兩個(gè)耦合勢(shì)壘CBl和CB2可以具有比如圖1中所示的外部勢(shì)壘的能級(jí)更低的能級(jí)。例如，在圖1中的能帶圖的上側(cè)中所指示的導(dǎo)帶中，第一和第二耦合勢(shì)壘CBl和CB2的勢(shì)能可能比接地電平高，即，比第一電子el的能級(jí)高，并且比外部勢(shì)壘的能級(jí)低。同樣地，在圖1中所示的能帶圖的下側(cè)中所指示的價(jià)帶中，第一和第二耦合勢(shì)壘CBl和CB2的勢(shì)能可以比接地電平高，即，比第一重空穴hhl的能級(jí)高，并且比外部勢(shì)壘的能級(jí)低。在這種結(jié)構(gòu)中，隨著第一、第二、和第三量子阱層QW1、QW2、和QW3的寬度增加，接地電平被降低，并且吸收波長(zhǎng)移向長(zhǎng)波長(zhǎng)。當(dāng)?shù)谝缓偷诙詈蟿?shì)壘CBl和CB2的能障增加時(shí)，接地電平上升，從而吸收波長(zhǎng)可以朝向短波長(zhǎng)移動(dòng)。
[0053]滿足上述條件的用于第一、第二、和第三量子阱層QWl、QW2、和QW3、第一和第二耦合勢(shì)壘CBl和CB2、外部勢(shì)壘的材料可以根據(jù)所希望的波長(zhǎng)頻帶而不同地選定。例如，對(duì)于約850nm的紅外范圍，InzGai_zAs (z = 0.1?0.2)可被用于第一和第三量子阱層QWl和QW3, GaAs可用于第二量子阱層QW2，AlyGa1^yAs (0<y<I)被用于第一和第二耦合勢(shì)壘CBl和CB2，并且Α1χ6&1_χΑ8(0〈7〈χ ( I)可被用于外部勢(shì)壘。另外，對(duì)于約1550nm的中紅外線范圍，InxGa1^As、In1HGaxAlyAsJP IrvxGaxAszP1=,等可用于第一、第二、和第三量子講層 QW1、QW2、和 QW3，并且 In1IyGaxAlyAsJP IrvxGaxAszP^ (0〈x，y, ζ<1)等可用于第一和第二耦合勢(shì)壘CBl和CB2和外部勢(shì)壘。根據(jù)上述條件，可以使用上述材料的各種組合。第一和第二耦合勢(shì)壘CBl和CB2和外部勢(shì)壘的能級(jí)可根據(jù)材料的組成比進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
[0054]由于第一、第二、和第三量子阱層QW1、QW2、和QW3分別通過(guò)第一和第二耦合勢(shì)壘CBl和CB2來(lái)彼此連接，所以電子及空穴的波函數(shù)也可以分布在第一和第二耦合勢(shì)壘CBl和CB2上的第一、第二、和第三量子阱層QW1、QW2、和QW3上。例如，圖2A和2B分別示出了當(dāng)反向偏置電壓不被施加到圖1的有源層時(shí)的電子的波函數(shù)和空穴的波函數(shù)。參照?qǐng)D2A，第一電子el的波函數(shù)主要分布在第二量子阱層QW2中，并且第二電子E2的波函數(shù)主要分布在第一和第三量子阱層QWl和QW3中。參照?qǐng)D2B，第一重空穴hhl的波函數(shù)和第一輕空穴Ihl的波函數(shù)主要分布在第二量子阱層QW2中，并且第二重空穴hh2的波函數(shù)主要分布在第一和第三量子阱層QWl和QW3中。
[0055]當(dāng)反向偏置電壓被施加到有源層中時(shí)，電子的波函數(shù)在朝向第一量子阱層QWl的方向上移動(dòng)，并且空穴的波函數(shù)在朝向第三量子阱層QW3的方向上移動(dòng)。例如，圖3A和3B分別示出了當(dāng)反向偏置電壓被施加到圖1的有源層時(shí)的電子的波函數(shù)和空穴的波函數(shù)。參照?qǐng)D3A，第一電子el的波函數(shù)的峰值被稍微移動(dòng)到第二量子阱層QW2的左邊緣，并且第二電子e2的第二個(gè)峰被移動(dòng)到第二量子阱層QW2的右邊緣。由于第一量子阱層QWl的厚度較小，所以在第一量子阱層QWl發(fā)生強(qiáng)烈的吸收，并且因此根據(jù)電壓的電子遷移率降低。因此，第一和第二電子el和e2的波函數(shù)被廣泛地分布在三個(gè)量子阱層QW1、QW2、和QW3上。另外，參照?qǐng)D3B，第一重空穴hhl的波函數(shù)的峰值被移向第三量子阱層QW3，并且通過(guò)第二耦合勢(shì)壘CB2而被變形為鞍形，并且部分地保持在第二量子阱層QW2中。另外，第二重空穴hh2的波函數(shù)和第一輕空穴Ihl的波函數(shù)的峰值位于第二量子阱層QW2中。因此，電子和空穴的波函數(shù)在第二和第三量子阱層QW2和QW3的寬闊的范圍上重疊，使得光吸收可能會(huì)增加。
[0056]圖4示出了具有圖1的三耦合量子阱結(jié)構(gòu)的有源層中的吸收光譜:詳細(xì)地說(shuō)，相對(duì)于外部施加的約OV/ μ m、大約2.4V/ μ m、大約4.8V/ μ m的電場(chǎng)的吸收光譜。參照?qǐng)D4，當(dāng)外加電場(chǎng)為大約OV/ μ m時(shí),最大峰值在大約838nm的波長(zhǎng)下產(chǎn)生的。最大峰值是由第一電子el和第一重空穴hhl的激子對(duì)產(chǎn)生的，并且第二大峰是通過(guò)第一電子el和第一輕空穴Ihl的激子對(duì)以及第一電子el和第二重空穴hh2的激子對(duì)來(lái)產(chǎn)生的。由于在約850nm的波長(zhǎng)處的吸收系數(shù)是很小的，所以具有約850nm的波長(zhǎng)的光的大部分傳遞通過(guò)有源層。當(dāng)外部施加的電場(chǎng)增加時(shí)，吸收光譜根據(jù)斯塔克(Stark)效應(yīng)而朝向長(zhǎng)波長(zhǎng)移動(dòng)，并且吸收強(qiáng)度減小。當(dāng)外加電場(chǎng)為大約4.8V/μ m時(shí)，吸收光譜具有在大約850nm的波長(zhǎng)處的最大峰。在這種情況下，吸收光譜的峰值比在外部施加的電場(chǎng)為大約OV/ μ m的情況下的低。吸收光譜朝向大約850nm的波長(zhǎng)的上述運(yùn)動(dòng)可以在簡(jiǎn)單的單量子阱結(jié)構(gòu)中以大約8.1V/μ m的外部施加電場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0057]此外，根據(jù)本實(shí)施例，即使當(dāng)大約4.8V/μ m的外部電場(chǎng)被施加到有源層時(shí)，如圖3A和3B中所示，在第二量子阱層QW2中剩余有相當(dāng)數(shù)量的電子的和空穴的波函數(shù)，使得可以維持比在簡(jiǎn)單的單量子阱結(jié)構(gòu)的更高的吸收系數(shù)。換句話說(shuō)，在本實(shí)施例中，因?yàn)槲展庾V移向長(zhǎng)波長(zhǎng)而導(dǎo)致的吸收強(qiáng)度減小的程度小于簡(jiǎn)單的單量子阱結(jié)構(gòu)的程度。因此，在當(dāng)外加電場(chǎng)為大約OV/μ m和當(dāng)外加電場(chǎng)為大約4.8V/y m之間、在大約850 μ m的波長(zhǎng)處的吸收強(qiáng)度中的差△ α可以比簡(jiǎn)單的單量子阱結(jié)構(gòu)的更大。
[0058]例如，圖5示出了與簡(jiǎn)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