包括三耦合量子阱结构的光学设备制造技术

一种光学设备，包括有源层，该有源层包括至少两个外部势垒以及被插入在所述至少两个外部势垒之间的至少一个耦合量子阱。每个耦合量子阱包括至少三个量子阱层以及分别被设置在所述至少三个量子阱层之间的至少两个耦合势垒。被布置在所述至少三个量子阱层的相对端部分处的两个量子阱层的厚度小于在被布置在所述相对端部分处的两个量子阱层之间布置的其他量子阱层的厚度。被布置在所述相对端部分处的两个量子阱层的带隙可以高于被布置在所述两个量子阱层之间的其他量子阱层的带隙。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】包括三耦合量子阱结构的光学设备对相关申请的交叉引用本申请要求于2014年4月4日向韩国特许厅提交的韩国专利申请N0.10-2014-0040746的优先权，通过引用将其公开内容全部合并于此。
示例实施例涉及包括三耦合量子阱结构的光学设备，和/或涉及可以提高多量子阱结构中的光吸收强度而无需增加驱动电压的包括三耦合量子阱结构的光学设备。
技术介绍
三维(3D)相机典型地不仅具有一般的图像捕获功能，而且具有测量距物体表面上的多个点的距离的功能。最近已经提出多种算法用于测量物体与3D相机之间的距离。典型的算法是飞行时间(TOF)算法。根据TOF法，将照明光照射到物体上，然后测量直到从物体反射的照明光被光接收单元接收为止的飞行时间。可以通过测量照明光的相位延迟来获得照明光的飞行时间。使用高速光学调制器来准确地测量相位延迟。典型地使用具有优越的电光响应特性的光学调制器来获得具有高距离准确度的3D图像。最近，使用基于GaAs的半导体光学调制器。基于GaAs的半导体光学调制器具有P-1-N 二极管结构，其中在P电极与N电极之间布置多量子阱(MQW)结构。在该结构中，当反向偏置电压被施加到P-N电极之间时，NQW结构在特定波长带中形成激发子，并且吸收光。MQW结构的吸收谱特性上随着反向偏置电压增加而朝向长波长移动。因此，特定波长处的吸收程度可以根据反向偏置电压的改变而变化。因此，根据上述原理，可以通过调节施加到光学调制器上的反向偏置电压来调制具有特定波长的入射光的强度。在光学调制器中，距离准确度随着指示在施加电压时与不施加电压时之间吸收程度的差的对比率(例如，解调对比度)增加而增加。以低电压驱动有利于减小或防止因热造成的性能劣化。通常，可以通过增加MQW结构中的光吸收强度和跃迀能量来实现对比度的增加。光吸收强度与量子阱层的厚度成反比，并且与利用每个波函数的面积之和将量子阱层中空穴的波函数与电子的波函数之间的重叠的程度的平方归一化获得的值成正比。此夕卜，指示吸收谱朝向长波长移动的程度的跃迀能量与量子阱层的厚度的四次方成正比，并且与施加的电压的平方成正比。然而，当减小量子阱层的厚度以提高光吸收强度时，跃迀能量减小，并且施加的电压增加以补偿跃迀能量的减少。反之，当增加量子阱层以增加跃迀能量时，空穴的波函数与电子的波函数之间的重叠程度降低，并且通过电子-空穴对产生的激发子减少，使得吸收强度降低。因而，由于高吸收强度和低驱动电压处于折衷选择的关系，所以难以同时实现吸收强度的提高和驱动电压的减小。在TOF型3D相机中，通常使用红外范围内的具有大约850nm的波长的光作为照明光。由于GaAS衬底相对于850nm波长的光不透明，所以向制造光学调制器的过程中添加去除GaAs衬底的复杂工艺。近来，为了省略复杂的额外工艺，已经设法使用透射穿过GaAs衬底的具有大约870nm或更长(例如，大约940nm)的波长的光作为照明光。然而，由于适合用于具有940nm共振波长的光学调制器的量子阱层和势皇的材料的晶格常数与GaAs衬底的共振波长不匹配，所以可能产生应力和应变。除非应力和应变得以补偿，否则很多层的量子阱将不会被堆叠，并且因而难以增加光学调制器的吸收强度。
技术实现思路
示例实施例涉及包括三耦合量子阱结构的光学设备，其可以提高多量子阱结构中的光吸收强度而无需增加驱动电压。另外的示例实施例将部分地在下面的描述中得以阐述，并且部分地将从描述中变得显而易见，或者可以通过本实施例的实践习得。根据示例实施例，一种光学设备包括:下反射层，以第一导电型掺杂剂掺杂；有源层，布置在下反射层上，并且包括至少两个外部势皇以及被插入在所述至少两个外部势皇之间的至少一个耦合量子阱；以及上反射层，布置在有源层上，并且以与第一导电型掺杂剂电性相反的第二导电型掺杂剂掺杂，其中，每个耦合量子阱包括至少三个量子阱层以及分别被设置在所述至少三个量子阱层之间的至少两个耦合势皇，布置在所述至少三个耦合量子阱的相对端部分处的两个量子阱层的厚度小于在被布置在相对端部分处的两个量子阱层之间布置的其他量子阱层的厚度，并且布置在相对端部分处的两个量子阱层的能级高于在被布置在相对端部分处的两个量子阱层之间布置的其他量子阱层的能级。每个耦合量子阱可以是三耦合量子阱，其包括顺序堆叠的第一量子阱层、第一耦合势皇、第二量子阱层、第二耦合势皇、和第三量子阱层，并且第一和第二耦合势皇的能级高于地电平且低于外部势皇的能级。第二量子阱层的厚度可以大于第一量子阱层的厚度和第三量子阱层的厚度，并且第二量子阱层的能级可以低于第一量子阱层的能级和第三量子阱层的能级。第一和第二耦合势皇的厚度可以等于或小于第一和第三量子阱层的厚度。在大约850nm的波长范围内，第一和第三量子阱层可以包括AlzGai_zAs，其中0〈ζ〈1，第二量子阱层包括GaAS，第一和第二耦合势皇包括AlyGai_yAs，其中z〈y〈l，并且外部势皇包括AlxGapxAs，其中z〈y〈x ( I。该光学设备可以进一步包括衬底，其中，在大约900nm到大约1050nm的波长范围内，第一到第三量子阱层可以由相对于衬底具有压缩应变的材料形成或者包括相对于衬底具有压缩应变的材料，并且外部势皇可以由相对于衬底具有拉伸应变的材料形成或者包括相对于衬底具有拉伸应变的材料。第一到第三量子阱层可以包括InxGahAs,其中0.1彡X彡0.2，第一和第二耦合势皇可以包括GaAs，并且外部势皇可以包括InyGai_yP，其中0.4彡y彡0.5。在频率范围内，第一到第三量子阱层可以包括IrvxGaxAs和Ini_x_yGaxAlyAs的至少一个，第一和第二親合势皇可以包括In1W Gax，Aly.As (其中x’〈X且y〈y’)和InwGaxIszPh (其中x’〈X)的至少一个，并且外部势皇可以包括Irvx〃_y〃Gax〃Aly〃AS (其中x〃〈x’〈X 且 y<y' <y〃)和 In1^-Gax-Asz-Piv (其中 x〃〈x’ <x 且 z〈z’ 且 0〈x, z〈l)的至少一个。该光学设备可以进一步包括布置在下放射层和上反射层的至少一个中的至少一个微腔层，其中，当该光学设备的共振波长为λ时，该有源层和该至少一个微腔的光学厚度为λ/2的整数倍。根据至少一个示例实施例，所述至少一个耦合量子阱可以包括:至少一个第一耦合量子阱，其包括顺序堆叠的第一量子阱层、第一耦合势皇、第二量子阱层、第二耦合势皇和第三量子阱层；以及至少一个第二耦合量子阱，其包括顺序堆叠的第四量子阱层、第三耦合势皇、第五量子阱层、第四耦合势皇、和第六量子阱层，并且第一耦合量子阱的第二量子阱层的厚度与第二耦合量子阱的第五量子阱层的厚度不同。第一至第四耦合势皇的能级的每一个可以高于地电平且低于外部势皇的能级。第二量子阱层的厚度可以大于第一量子阱层的厚度和第三量子阱层的厚度，并且第五量子阱层的厚度可以大于第四量子阱层的厚度和第六量子阱层的厚度。第二量子阱层的能级可以低于第一量子阱层的能级和第三量子阱层的能级，并且第五量子阱层的能级可以低于第四量子阱层的能级和第六量子阱层的能级。第一耦合量子阱的第一和第三量子阱层的厚度可以分别与第二耦合量子阱的第四和第六量子阱层的厚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学设备,包括:下反射层，以第一导电型掺杂剂掺杂；有源层，在该下反射层上，并且包括至少两个外部势垒以及所述至少两个外部势垒之间的至少一个耦合量子阱；以及上反射层，在该有源层上，并且以与第一导电型掺杂剂电性相反的第二导电型掺杂剂掺杂，其中，每个耦合量子阱包括至少三个量子阱层以及分别被设置在所述至少三个量子阱层之间的至少两个耦合势垒，所述至少三个耦合量子阱的相对端部分处的两个量子阱层的厚度小于在所述两个量子阱层之间的其他量子阱层的厚度，并且所述相对端部分处的两个量子阱层的能级高于在所述两个量子阱层之间的其他量子阱层的能级。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：赵龙哲，李用卓，罗炳勋，朴昌泳，周建佑，朴勇和，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，光州科学技术院，
类型：发明
国别省市：韩国;KR