專利名稱：多層膜納米微腔電流放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電流放大器領(lǐng)域，特別涉及一種多層膜納米微腔電流放大器。
背景技術(shù)：
隨著納米微加工技術(shù)的發(fā)展和成熟，激光器越來越向著小型化的方向發(fā)展，微米微腔、納米微腔的激光器由于其靈敏度高、體積小、能量集中而被更多的應(yīng)用于進(jìn)行生物探測器、信息存儲、光計算、近場光學(xué)成像、納米光刻技術(shù)和分子操縱技術(shù)等領(lǐng)域；并且，隨著科技發(fā)展，越來越多的領(lǐng)域?qū)Τ⌒凸怆娮悠骷男枨蟛粩嘣鲩L。由于理論和工藝的限制，現(xiàn)在的電子器件正面臨著巨大的挑戰(zhàn)。由于理論的限制，由尺寸逐漸變小引發(fā)一系列量子現(xiàn)象、小尺寸效應(yīng)等問題，已經(jīng)成為制約光電子器件進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。而由于工藝的限制，使得現(xiàn)在的半導(dǎo)體器件面臨著其反應(yīng)速度和高頻響應(yīng)的極限。大多數(shù)半導(dǎo)體電子器件在高頻區(qū)中會面臨著無法工作的難題。在電子器件中，為了增強(qiáng)三極管的反應(yīng)速率和高頻特性，不得不把基區(qū)做的很薄， 減少電子在基區(qū)渡越時間，但是這樣的器件面臨著基區(qū)寬度調(diào)變效應(yīng)的理論極限和工藝制作上的困難。因此設(shè)計一種可以增強(qiáng)反應(yīng)速度并擁有良好高頻特性的小尺寸器件，用以突破目前理論和工藝上半導(dǎo)體器件的制作極限勢在必行。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明提出了多層膜納米微腔電流放大器。在應(yīng)用納米微腔技術(shù)減小器件尺寸的基礎(chǔ)上，通過電致發(fā)光材料提供光子，光子被光電二極管結(jié)構(gòu)吸收形成光電子，以電子躍遷和光子吸收的時間代替普通三極管的基區(qū)渡越時間、發(fā)射區(qū)渡越時間和發(fā)射區(qū)充電時間，在提供電流放大的基礎(chǔ)上，將器件尺寸減少到納米量級并大大提高器件響應(yīng)速率和高頻特性。多層膜納米微腔電流放大器，包括發(fā)射極、電致發(fā)光材料、基極、ρ型摻雜波導(dǎo)層、η 型摻雜波導(dǎo)層和集電極，在發(fā)射極的金屬層上依次生長制備電致發(fā)光材料、基極、P型摻雜波導(dǎo)層、η型摻雜波導(dǎo)層和集電極的層狀結(jié)構(gòu)，每層結(jié)構(gòu)的界面之間粗糙度小于2納米，P型摻雜波導(dǎo)層和η型摻雜波導(dǎo)層組成光電二極管結(jié)構(gòu)。與目前市面上的三極管器件相比，本發(fā)明的電流放大器具有尺寸小、反應(yīng)速度快、 高頻特性好等優(yōu)點(diǎn)；并且除了提供類似三極管的電流放大效果之外，還可以用作納米微腔發(fā)光器件。其應(yīng)用廣泛，并不限于本身三極管的工作范圍。


圖1為本發(fā)明多層膜納米微腔電流放大器的結(jié)構(gòu)立體圖。圖2為本發(fā)明多層膜納米微腔電流放大器的共基極電流放大接法。
圖3為本發(fā)明多層膜納米微腔電流放大器的共發(fā)射極電流放大接法。圖4為本發(fā)明多層膜納米微腔電流放大器的正偏發(fā)光接法。圖中1、發(fā)射極、2、電致發(fā)光材料、3、基極、4、p型摻雜波導(dǎo)層、5、n型摻雜波導(dǎo)層， 6、集電極。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)說明。如圖1所示，多層膜納米微腔電流放大器，包括發(fā)射極1、電致發(fā)光材料2、基極3、 P型摻雜波導(dǎo)層4、n型摻雜波導(dǎo)層5和集電極6，在發(fā)射極1的金屬層上依次生長制備電致發(fā)光材料2、基極3、p型摻雜波導(dǎo)層4、n型摻雜波導(dǎo)層5和集電極6的層狀結(jié)構(gòu)，每層結(jié)構(gòu)的界面之間粗糙度小于2納米，ρ型摻雜波導(dǎo)層4和η型摻雜波導(dǎo)層5組成光電二極管結(jié)構(gòu)。所述電致發(fā)光材料2、基極3、ρ型摻雜波導(dǎo)層4和η型摻雜波導(dǎo)層5這4層結(jié)構(gòu)的厚度加起來，小于電致發(fā)光材料2在通電情況下發(fā)光波長的一半。所述基極3的厚度要很薄，不能阻擋光子穿過。發(fā)射極1和集電極6是200nm厚的金膜，基極3是IOnm厚的金膜，金膜可以提供表面等離子體激元，同時用作電極。電致發(fā)光材料2是厚度為50nm的Nd:YAG固體發(fā)光材料， 在通電情況下發(fā)出真空中波長為1064nm的光子。ρ型摻雜波導(dǎo)層4采用材料為P-hGaAs、 η型摻雜波導(dǎo)層5采用材料為N-hGaAs/N—InP材料，兩者組成的光電二極管，其總厚度在 200nm左右。在電流放大模式接法(圖2、圖3)中由Nd:YAG材料激發(fā)出來的光子，被ρ型摻雜波導(dǎo)層4、η型摻雜波導(dǎo)層5組成的光電二極管結(jié)構(gòu)吸收，并且在光電二極管內(nèi)激發(fā)出電子-空穴對。在反偏電場的作用下，電子被掃向集電極，空穴被掃向基極，與基極和發(fā)射極漂移過來的電子復(fù)合，從而減小基極電流。在Nd: YAG材料的量子效率達(dá)到100%，ρ型摻雜波導(dǎo)層4、η型摻雜波導(dǎo)層5組成的光電二極管的量子效率達(dá)到98%的時候，集電極電流是基極電流的49倍，實(shí)現(xiàn)了電流放大。在發(fā)光模式接法(圖4)中，由于ρη結(jié)正偏，即便由Nd:YAG材料激發(fā)出來的光子， 被P型摻雜波導(dǎo)層4、η型摻雜波導(dǎo)層5組成的光電二極管吸收，并且在光電二極管內(nèi)激發(fā)出電子-空穴對，在正偏電場的作用下，電子仍向Nd:YAG材料注入，量子效率很小，此時激發(fā)出來的光子大多數(shù)耦合成為表面等離子體激元并在器件邊界出射，實(shí)現(xiàn)電致發(fā)光的納米光源。
權(quán)利要求
1.多層膜納米微腔電流放大器，其特征在于，該裝置包括發(fā)射極(1)、電致發(fā)光材料 (2)、基極(3)、ρ型摻雜波導(dǎo)層(4)、η型摻雜波導(dǎo)層(5)和集電極(6)，在發(fā)射極(1)的金屬層上依次生長制備電致發(fā)光材料O)、基極(3)、ρ型摻雜波導(dǎo)層G)、n型摻雜波導(dǎo)層(5) 和集電極(6)的層狀結(jié)構(gòu)，每層結(jié)構(gòu)的界面之間粗糙度小于2納米，所述ρ型摻雜波導(dǎo)層 (4)和η型摻雜波導(dǎo)層(5)組成光電二極管結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層膜納米微腔電流放大器，其特征在于，所述電致發(fā)光材料O)、基極(3)、ρ型摻雜波導(dǎo)層(4)和η型摻雜波導(dǎo)層(5)的總厚度小于電致發(fā)光材料 (2)在通電情況下發(fā)光波長的一半。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層膜納米微腔電流放大器，其特征在于，所述基極(3)的厚度小于光子穿過的距離。
全文摘要
多層膜納米微腔電流放大器屬于電流放大器領(lǐng)域，該放大器包括發(fā)射極、電致發(fā)光材料、基極、p型摻雜波導(dǎo)層、n型摻雜波導(dǎo)層和集電極，在發(fā)射極的金屬層上依次生長制備電致發(fā)光材料、基極、p型摻雜波導(dǎo)層、n型摻雜波導(dǎo)層和集電極的層狀結(jié)構(gòu)，每層結(jié)構(gòu)的界面之間粗糙度小于2納米，本發(fā)明提出了一種新型納米微腔電流放大器的設(shè)計。在應(yīng)用納米微腔技術(shù)減小器件尺寸的基礎(chǔ)上，通過電致發(fā)光材料供光子，光子被光電二極管結(jié)構(gòu)吸收形成光電子，以電子躍遷和光子吸收的時間代替普通三極管的基區(qū)渡越時間、發(fā)射區(qū)渡越時間和發(fā)射區(qū)充電時間，在提供電流放大的基礎(chǔ)上，將器件尺寸減少到納米量級并大大提高器件響應(yīng)速率和高頻特性。
文檔編號H03F3/21GK102347735SQ20111012977
公開日2012年2月8日 申請日期2011年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月19日
發(fā)明者張金龍, 王立軍, 秦莉, 陳泳屹 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所