专利名称：长波长GaInNAs/GaInAs光学装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及具有GaInNAs有源层的光学装置，更具体地，涉及将光的发射波长改变成长波长的GaInNAs/GaInAs光学装置。
背景技术：
近来，在光通信系统和数据连接领域中，已有研究开发发射1.3μm或更长的长波长光的激光器。1.3μm波段的长波长激光器在光纤中的操作具有最小的耗散，因而适用于高速通信。1.5μm波段的长波长激光器利用它的最小吸收被传输，因而适用于长距离通信。长波长激光器具有低驱动电压，因而适用于高集成Si基电路。
目前研究用于局域光通信的基于GaAs衬底的长波长激光器主要使用GaInNAs材料作为有源层、使用GaAs或GaNAs材料作为阻挡层以获得1.3μm或更长的波长。基于GaAs衬底的装置具有一些优势，例如低成本、简单的晶体生长技术以及高反射镜面(mirror)。然而，如果GaAs或GaNAs阻挡层形成在GaAs衬底上并且随后GaInNAs有源层被夹在所述阻挡层之间，那么激光器的光学性能变差。
在GaInAs层中掺入氮(N)导致形成GaInNAs(也称作Guinness)有源层，从而增加波长。但是，由于在具有高铟(In)含量的InGaAs层中低的N掺入比例，改变成长波长是非常困难的。此外，随着为了实现长波长而增加N含量，GaInNAs有源层的光学性能往往明显变坏。通常，为了提高GaInNAs光学装置的光发射性能，在生长之后使用热退火工艺。在这种情况下，产生In的释放(discharge)，并且因而，光学装置的波长改变成短波长。结果，制造具有GaInNAs有源层的高性能光学装置是困难的。
发明内容
本发明提供一种高性能光学装置，其发射长波长光。
根据本发明的一方面，提供一种光学装置，包括GaInNAs有源层，其具有量子阱结构并产生光；以及两个GaInAs阻挡层，其中一个被沉积在GaInNAs有源层的上表面上，另一个被沉积在GaInNAs有源层的下表面上，并且其具有比GaInNAs有源层高的导带能量和低的价带能量。
GaInNAs有源层可以由GaxIn1-xNyAs1-y化合物制成，其中0≤x＜1和0≤y＜1。
GaInAs阻挡层可以由GaxIn1-xAs化合物制成，其中0≤x＜1。
GaInNAs有源层可以包括位于其下表面上的GaAs衬底。
根据本发明，通过将一新的GaInAs阻挡层引入导传统的具有GaAs衬底和GaInNAs有源层的光学装置中，可以制造发射1.3μm或更长的长波长光的光学装置。
通过参照附图详细地描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其他特征和优点将变得更加显而易见，其中图1为根据本发明实施例的光学装置的量子阱结构的示意图；图2为根据本发明实施例的光学装置的示意图；图3为显示根据本发明实施例的光学装置中由于应变压力而产生波长改变的原理的示意图；图4为显示根据本发明实施例的光学装置中峰值波长的增加的曲线图；图5为显示根据本发明实施例的光学装置中铟(In)的释放的补偿效应的示意图；以及图6为显示根据本发明实施例的光学装置退火后峰值波长的短波长改变随In含量的变化的曲线图。
具体实施例方式
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的光学装置。
图1为根据本发明实施例的光学装置的量子阱结构的示意图。
请参照图1，GaInNAs有源层具有量子阱结构(SQW)，该量子阱结构具有最低导带能量Ec1，而GaInAs阻挡层具有导带能量Ec2，Ec2比Ec1高。点线表示的Ec3表示GaAs阻挡层的导带能量。在传统的基于GaInNAs有源层的光学装置中，具有比GaInAs材料更高的导带能量的GaAs材料被用于阻挡层。
在GaInNAs有源层上的GaAs阻挡层的叠层结构中，捕获在量子阱结构中的电子具有基态能量E1，而在GaInNAs有源层上的GaInAs阻挡层的叠层结构中，捕获在量子阱结构中的电子具有基态能量E2。也就是说，当阻挡层从GaAs变化成GaInAs时，量子阱中电子的基态能量减小。因而，与电子从E1能级到E3能级的跃迁相比，电子从E2能级跃迁到E3能级情况下的光发射能量减小。光发射能量(E)必须满足下面的公式1。从公式1可以看出，随着光发射能量(E)减小，波长(λ)变成长波长。
公式1E＝hc/λ其中，h为普朗克常数(6.63×10-34J·S)，c为光速(3×108m/s)。
本发明的光学装置的特征在于，在有源层的上、下表面上具有GaInNAs有源层和两个GaInAs阻挡层。
图2为根据本发明实施例的光学装置的示意图。
请参照图2，本发明的光学装置包括N型GaAs衬底1；GaAs缓冲层2；由AlGaAs材料制成的N型覆层半导体层3；第一GaInAs阻挡层4；GaInNAs有源层5；第二GaInAs阻挡层6；由AlGaAs材料制成的P型覆层半导体层；以及P型GaAs接触层8，它们依序沉积在GaAs衬底1上。N型电极9形成在GaAs衬底1的下表面上，P型电极10形成在P型GaAs接触层8上。
图2所示的本发明的光学装置具有GaInNAs有源层5和分别位于有源层5的上、下表面由AlGaAs材料制成的第一和第二阻挡层4和6。因此，可以降低有源层5的量子阱结构中电子的基态能量。来自P型电极8的电子和来自N型电极9的空穴分别穿过第一化合物半导体层3和第二化合物半导体层7，并且随后分别隧穿过第一和第二阻挡层4和6。接着，所述电子和空穴在有源区5中彼此复合，由此发射光。在这种情况下，与传统光学装置相比，第一和第二阻挡层4和6的导带能量减小。结构能带隙减小，由此有源层的发射波长改变成长波长。
图3为显示根据本发明实施例的光学装置中由于应变压力而产生波长改变的原理的示意图。
图3(a)显示了GaInNAs/GaAs结构中的导带(CB)以及价带能量的轻空穴(LH)和重空穴(HH)的分布。这是不存在由于GaAs晶格匹配而造成的应变的情况。
通常使用的GaInNAs有源层要求略高的铟(In)含量，以便获得1.3μm或更长的长波长。为此，压应变被施加到GaInNAs有源层，如图3(b)所示。在这种压应变作用状态下，产生GaAs晶格失配，并且LH和HH的能级降低。结果，导带能量和价带能量之间的带隙增加。
然而，如果使用GaInAs作为这种GaInNAs有源层的阻挡层，如图3(c)所示，GaInAs由于其晶格常数大于GaAs或者GaNAs而降低了只作用到GaInNAs有源层的压应变。结果，与使用GaAs或者GaNA阻挡层的情况相比，能带隙减小。因此，从具有GaInAs阻挡层/GaInNAs有源层的结构发射的光的波长改变成长波长。
图4为显示根据本发明实施例的具有量子阱结构的光学装置中峰值波长随阻挡层In含量增加而变化的曲线图。在这种情况下，使用He-Ne激光器作为激发光源并且峰值波长表示光致发光(PL)测量结果。
请参照图4，对于GaAs阻挡层用于量子阱结构时，峰值波长为1223nm；对于含有成分比例为5％的In的阻挡层，峰值波长为1234nm；对于含有10％In含量的阻挡层，峰值波长为1237nm；对于含有20％In含量的阻挡层，峰值波长为1243nm。也就是说，如果GaInAs阻挡层含有增加的20％In含量，与GaAs阻挡层相比，峰值波长向长波长移动大约20nm。
图5为显示在根据本发明实施例的光学装置的制造工艺中退火时铟(In)的释放的补偿效应的示意图。
在具有GaInNAs有源层的光学装置的传统制造工艺中，为了提高光发射效率，其随N的掺入而减小，进行热退火。然而，在这种退火工艺中，产生In和N从GaInNAs有源层释放，这是光的发射波长移动到短波长的主要因素。另一方面，如果光学装置具有本发明的GaInAs阻挡层，当退火时，In的内部扩散同时发生在有源层和阻挡层中，从而补偿了有源层中In的损失。请参照图5，当退火时In和N从GaInNAs有源层行进到GaInAs阻挡层时，GaInAs阻挡层中的In同时行进到GaInNAs有源层以由此补偿In的损失。
图6为显示根据本发明实施例的光学装置退火后峰值波长的短波长改变随In含量而变化的曲线图。这里，所使用的样品被退火，并显示出退火前后通过使用He-Ne激光器作为激发光源在室温下PL测量的峰值波长的变化。
请参照图6，当In含量为0％时，短波长移动的变化为52nm。当In含量增加5％时，短波长移动的变化减小到48nm；当In含量增加10％时，短波长移动的变化减小到44nm。也就是说，随着In含量增加，短波长移动的变化减小。因此，通过增加In含量而减小短波长移动的变化可以实现长波长。
从以上描述显而易见的是，本发明的光学装置包括GaInNAs有源层和分别位于有源层上、下表面上的两个GaInAs阻挡层。因此，能带隙减小，并且因而光发射波长移动到长波长波段。此外，由于晶格失配而产生的有源层和阻挡层之间的应变减小，由此防止晶格失配影响光发射性能和退火时In释放造成的In的损失。
虽然已经参照本发明的示例性实施例具体地显示和描述了本发明，本领域普通技术人员应该理解，在不脱离所附权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，其中可以做出形式和细节上的各种变化。
权利要求
1.一种光学装置，包括GaInNAs有源层，其具有量子阱结构并产生光；以及两个GaInAs阻挡层，其中一个沉积在GaInNAs有源层的上表面上，另一个沉积在GaInNAs有源层的下表面上，并且其具有比GaInNAs有源层高的导带能量和低的价带能量。
2.如权利要求1所述的光学装置，其中GaInNAs有源层由GaxIn1-xNyAs1-y化合物制成，其中0≤x＜1，0≤y＜1。
3.如权利要求1所述的光学装置，其中GaInAs阻挡层由GaxIn1-xAs化合物制成，其中0≤x＜1。
4.如权利要求1所述的光学装置，其中GaInNAs有源层包括位于其下表面上的GaAs衬底。
全文摘要
本发明提供一种具有GaInNAs/GaInAs结构的光学装置。该光学装置包括GaInNAs有源层，其具有量子阱结构并产生光；以及两个GaInAs阻挡层，其中一个被沉积在GaInNAs有源层的上表面上，另一个被沉积在GaInNAs有源层的下表面上，并且其具有比GaInNAs有源层高的导带能量和低的价带能量。因此，该光学装置在1.3μm或更长的长波长波段具有优异的光发射性能。
文档编号H01S5/323GK1518179SQ20041000288
公开日2004年8月4日 申请日期2004年1月20日 优先权日2003年1月29日
发明者林成进 申请人:三星电子株式会社