CN103227185B - 用于远红外通讯的栅压控制的二维电子气量子匣子 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于电场限域的二维电子气（2DEG）的量子匣子用于远红外线数字通讯的集成IC数字信号源。用于半导体激光器泵浦获得不同波长的远红外发射雏形单元结构，其在数字红外集成通讯上的数字光源制作上期待有集成化应用。最终得到宽带的，低电压驱动的，集成度高的通讯物理带宽优于1000T的红外通讯光源IC。

Description

用于远红外通讯的栅压控制的二维电子气量子匣子
技术领域
本发明涉及数字信号源领域，具体为一种基于电场限域的二维电子气（2DEG))的量子匣子用于远红外线数字通讯的集成IC数字信号源。
背景技术
根据信息学, 一个数字信号源,单个波长的光(单模是理想情况,实际上是多模值),如果只是在时域上进行时间调幅获得0和1也就是1个bit的带宽(就是本专利描述的单元). 2的3次方个bit(8位,8个物理单元)是1个byte,例如制作1024乘1024个byte乘8的IC就会有1M的通信把byte, 目前控制IC的总线速度已经达到1G量级,也就是109量级, 换句话说就是速度达到2-30秒量级. 1Mbyte除2-30s就会得到1024T byte的物理带宽。近半个多世纪来,人们一直想寻找集成化的微小亚毫米波光源集成光电芯片, 在半导体激光器的泵浦下可以获得低能耗的,重量轻的,体积小的,集成化高的用于航天,航空的微小飞行器等的通讯数字发射源. 理论上,如果在远红外波段能得到8乘1M个不同波长(要求峰谷比好各个波长的通讯信道隔开好),的光源,就可以得到1024T数字带宽. 现在工业微加工工艺的关键尺寸CD已经达到300多Å. 90年初期,国际一流公司的作法是利用衬底的晶格常数失配的原理, MOCVD外延生长半导体薄膜时, 外延薄膜与衬底应力失配,在生长过程中形成尺寸均匀的10 Å左右的量子点. 这种量子点用于红外线通讯关键是难获得至少不同直径的均一量子点以得到1T的通讯物理带宽。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于电场限域的二维电子气(2DEG)的量子匣子用于远红外线数字通讯的集成IC数字信号源，以解决现有技术存在的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
用于远红外通讯的栅压控制的二维电子气量子匣子，其特征在于：包括围栅电极，所述围珊电极由衬底底部的背底电极和上表面的围栏形状的顶电极构成的围栏形式的可寻址电压控制的阱，围珊电极顶电极和背电极之间形成的电压为围栏栅电压，控制顶电极与背电极的电压差来控制电子气量子匣子的x,y方向限域从而控制量子能级的间隔；对于单个Bit（0,1）的信号源的模值数值的获得，可以用x,y方向上的围栏栅压控制量子能级间隔从而获得不同的波长的光源，对于集成的信号源，所有的信号源用统一波长的半导体激光，每个信号源单元的开关用可以电压寻址的数字电信号源控制。
所述的用于远红外通讯的栅压控制的二维电子气量子匣子，其特征在于： xy方向的量子匣子的限制是通过围栅电压控制的。
所述的用于远红外通讯的栅压控制的二维电子气量子匣子，其特征在于：工艺采用半导体微加工技术，包括分子束外延技术、MBE，光刻技术。
所述的用于远红外通讯的栅压控制的二维电子气量子匣子，其特征在于：所述栅、栅电极材料为对可见光泵浦光透过的半透电极材料，优选 Ti，Cr,或者是Al，或者是ITO。
所述的用于远红外通讯的栅压控制的二维电子气量子匣子，其特征在于：所述掺杂势垒为AlxGaAs1-x掺杂势垒，AlxGaAs1-x掺杂势垒的x ： 0.2-1 ，电子浓度1018/cm3到1019/cm3。
本发明的优点为：用于半导体激光器泵浦得到了不同波长的远红外发射雏形单元结构，其在数字红外集成通讯上得到数字光源的集成化应用，最终得到宽带的，节能的，集成度高的红外通讯光源IC。
附图说明
图1为阐述分裂栅二维电子气概念的结构示意图。
图2为本发明的器件结构原理侧面示意图。
图3为本发明的器件结构原理俯视示意图。
具体实施方式
分裂栅FET二维电子气(2DEG)如图1是在围栅电压设置一个反向偏压从而将2维电子气在xy方向上加以限制从而形成一个量子匣子（xy方向，例如: 300Å.）。如果用小于10nm电磁波加工技术关键尺寸（CD）会更小。这种匣子的z方向的2DEG在x和y方向上电子运动是弱限域的类子带结构，在xy方向上的能级间隔控制是利用控制栅围栏电压差调控；此外使用各个通讯光源的单元xy方向围栏尺寸大小分级的方法，对通讯带宽使用进行分段。如果在k空间上得到量子尺寸不同的1024乘1024乘8能级间隔1M(里面的能级间隔不同) 的量子匣子组群. 理论上在1GHz总线控制电压处理速度时可以的得到至少1024T的通讯带宽（1000T物理带宽）。
如图2，3所示。基于电场限域的二维电子气的量子匣子用于远红外线数字通讯的集成IC数字信号源，包括栅电极、设置在栅电极上的掺杂势垒、设置在掺杂势垒上的顶电极，围在栅电极、掺杂势垒、顶电极构成的整体外的栅围栏电极，控制栅极与顶电极的电压差来控制电子气量子匣子的x,y,z方向尺度从而控制量子能级的间隔。
xy方向的量子匣子的限制是通过栅电压控制的。
工艺采用半导体微加工技术（半导体流片类）
用于半导体激光器泵浦得到了不同波长的远红外发射雏形单元结构，其在数字红外集成通讯上得到数字光源的集成化应用，最终得到宽带的，节能的，集成度高的红外通讯光源IC
顶、背电极材料为对可见光泵浦光透过的半透电极材料，优选 Ti，Cr，或者是Al，或者是ITO。
掺杂势垒为AlxGaAs1-x掺杂势垒，AlxGaAs1-x掺杂势垒的x ： 0.2-1 ，电子浓度1018/cm3到1019/cm3。
背电极与AlxGaAs1-x掺杂势垒之间从下至上依次设置有GaAs过渡层、GaAs隔离层。
AlxGaAs1-x掺杂势垒与顶电极之间从下至上设置有GaAs层。
本发明利用微加工技术将单个远红外数字源的器件结构制作成如下结构。利用控制围栅电压来控制电子气量子匣子的xy方向宽度从而控制量子能级的间隔。从而得到不同的远红外发射。得到了不同波长的远红外发射雏形单元结构，以其在数字红外集成通讯上得到数字光源的集成化应用。最终得到宽带的，节能的，集成度高的红外通讯光源IC。

Claims (3)

1.用于远红外通讯的栅压控制的二维电子气量子匣子，其特征在于：包括围栅电极，所述围栅电极由衬底底部的背底电极和上表面的围栏形状的顶电极构成的围栏形式的可寻址电压控制的阱，围栅电极顶电极和背电极之间形成的电压为围栏栅电压，控制顶电极与背底电极的电压差来控制电子气量子匣子的x,y方向限域从而控制量子能级的间隔；对于单个Bit（0,1）的信号源的模值数值的获得，可以用x,y方向上的围栏栅压控制量子能级间隔从而获得不同的波长的光源，对于集成的信号源，所有的信号源用统一波长的半导体激光，每个信号源单元的开关用可以电压寻址的数字电信号源控制。
2.根据权利要求1所述的用于远红外通讯的栅压控制的二维电子气量子匣子，其特征在于： xy方向的量子匣子的限制是通过围栅电压控制的。
3.根据权利要求1所述的用于远红外通讯的栅压控制的二维电子气量子匣子，其特征在于：工艺采用半导体微加工技术，包括分子束外延技术、MBE，光刻技术。
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