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InAs 量子点面射型雷射
来源: | 作者:LiLi | 发布时间: 2025-02-13 | 56 次浏览 | 分享到:

厚的 GaAs 隔开形成三重量子井结构。元件结构如下图6-5所示。由于磊晶成长机制的关系,成长2.5倍原子层的磊晶时间并不足以让InAs 材料形成均匀连续的平整薄膜,反而会在局部形成金字塔状的小岛(pyramidal islands),这些密度约为5×1010cm-2 的小岛就是量子点,可以有效局限注入载子在小范围内形成发光复合,而且发光波长通常会比 InAs块材 (bulk mnaterial)来的短,因为载子被局限在与其物质波波长相近的范围内时,其能阶分布会形成不连续的量化能阶(quantized energy states),因此可以让原本晶格常数远大于砷化镓且发光波长超过1.55微米的 InAs 材料有机会直接成长在砷化镓基板上并发出波长在1.3~1.55 微米范围的光,

稍后在2001 年该团队也达到连续波操作的成果。并将 DBR 高铝含量材料分别由AlAs换成Al0.98Ga0.02As再氧化成 AlGa以及全磊晶未掺杂的Al0.9Ga0.1As/GaAs半导体 DBR,配合共振腔间电极接触(intracavity contact) 注入电流均可达到室温下连续波电激发光操作的成果。

2005年时工研院与俄罗斯loffe 物理技术研究所及交通大学团队合作,首次利用MBE系统成长全掺杂的 GaAs/Al0.9Ga0.1As DBR制作出室温下连续波操作电激发光的量子点面射型雷射,并且利用光子晶体结构改善单模操作之旁模抑制比最高达到40dB。所采用的磊晶结构如下图6-6所示,采用n型掺杂砷化镓基板先成长33.5对1/4波长的n 型掺杂GaAs/Al0.9Ga0.1AsDBR,接着成长2λ厚的GaAs活性层,活性层中成长九层 2-monolayer 的 InAs 并以 8nm 厚的In0.15Ga0.85As覆盖形成量子井包覆量子点结构,每层量子井之间以30nm 厚的GaAs隔开,全部九层量子井被分三组,每组均为三重量子井结构,被平均分配在2λ共振腔中的三个电场强度驻波峰值(standing wave peak position)位置以获得最大的增益,接着继续成长27对p型DBR。由于上下DBR均有施加掺杂,因此可以用砷化镓系列材料面射型雷射制程方式来制作元件,包括选择性氧化孔径以及上下电极均直接沉积在磊晶片最上层表面与基板背面,无须采用复杂的共振腔间电极接触方式。实际制作的元件可以在室温下连续波操作,阈值电流仅为1.7mA,最大输出功率为0.33mW,发光波长1275nm 且为单横模操作,旁模抑制比为28dB,进一步在发光区制作光子晶体结构时可以提高旁模抑制此达到40dB,显示InAS/InGaAs量子点结构确实适合用于长波长面射型雷射发光区增益介质。