CN220894684U - 一种电吸收调制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电吸收调制器，包括衬底、多量子阱结构以及覆盖层，所述衬底、所述多量子结构以及所述覆盖层层叠设置；所述多量子阱结构层叠在衬底表面；在所述多量子阱结构顶表面设置所述覆盖层；所述多量子阱结构由多个半导体层组成；所述多量子阱结构产生的纵向光学声子的能量为ELO。本方案除了使用量子阱底部第一能级与带间跃迁外，还设计并使用了位于量子阱边缘的高激发能级、声子散射以及载流子带间跃迁来改善电吸收器件的性能。采用本方案可以减缓高量子阱和低激发载流子逃逸速率之间的效益悖反现象，利用声子散射辅助少数载流子逃逸，增加吸收效率，提高量子阱壁垒高度的容忍限度，增加量子阱电吸收器设计自由度。
Description
技术领域
本实用新型属于光子集成领域，具体涉及一种电吸收调制器。
背景技术
电吸收调制激光器是高速大容量通信中的关键器件，此器件包括两个基本元件，一个直流分布反馈激光器光源和一个电吸收调制器，而此两种元件均基于量子阱结构的有源层。
量子阱型电吸收器的吸收效率与量子阱对阱内电子、空穴能级的限制作用以及激发载流子的抽取和逃逸速率直接相关，常用方法是提高量子阱壁垒从而提高量子阱对电子、空穴能级在工作电压的限制。但是，单纯提高量子阱壁垒会导致吸收激发的载流子抽取和逃逸速度明显减缓，从而导致吸收效率达不到预期强度。为解决上述的技术问题，现在急需要一种电吸收调制器提高吸收效率。
实用新型内容
本实用新型实施例的目的是提供一种电吸收调制器，利于提高电吸收调制器对光的吸收效率。
为实现上述目的，本方案提供了一种电吸收调制器，包括衬底，多量子阱结构以及覆盖层，所述衬底、所述多量子结构以及所述覆盖层层叠设置；所述多量子阱结构层叠在衬底表面；在所述多量子阱结构顶表面设置所述覆盖层；所述多量子阱结构由多个半导体层组成；所述多量子阱结构产生的纵向光学声子的能量为ELO。
作为上述方案的改进，所述纵向光学声子设置在多量子阱结构中的导带中。
作为上述方案的改进，所述纵向光学声子设置多量子阱结构中价带中。
作为上述方案的改进，所述多量子阱结构的壁垒含有AlGaInAs，其中Al为0.13。
作为上述方案的改进，所述多量子阱结构中电子第N级能级位于所述壁垒能量边缘。
作为上述方案的改进，所述多量子阱结构空穴第N级能级位于所述壁垒能量边缘。
作为上述方案的改进，所述多量子阱结构电子第N级能级和导带中第一级能级的能量差为纵向光学声子的能量ELO的整数倍。
作为上述方案的改进，所述多量子阱结构中空穴第N级能级和价带中第一级能级的能量差为纵向光学声子的能量ELO的整数倍。
作为上述方案的改进，所述多量子阱结构的材料组分为Al0.8026Ga0.1130In0.0844As/Al0.130Ga0.3794In0.49As。
作为上述方案的改进，材料组合在10nm宽度时，导带第三能级在操作电压(20kV/cm)下出于量子阱势垒边缘。
本实用新型的有益效果为：
相比于现有技术，本实用新型的方案除了常规设计使用量子阱底部第一能级与带间跃迁外，还设计并使用了位于量子阱边缘的高激发能级、声子散射以及载流子带间跃迁来改善电吸收器件的性能。采用本方案可以减缓高量子阱和低激发载流子逃逸速率之间的效益悖反现象，利用声子散射辅助少数载流子逃逸，增加吸收效率，提高量子阱壁垒高度的容忍限度，增加量子阱电吸收器设计自由度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1本实用新型实施例提供的一种电吸收调制器结构示意图。
其中，1、衬底；2、壁垒层；3、量子阱层；4、多量子阱层； 5、覆盖层；
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提供一种电吸收调制器，具体请参看图1。图1所示的电吸收调制器结构示意图，本实施例中的电吸收调制器，包括衬底1，在所述衬底1上形成的多量子阱结构以及覆盖层5，所述多量子阱结构是由多个半导体层叠组成，在多量子阱结构的顶表面设置覆盖层5。如图1所示，量子阱层 3是量子阱的底部；壁垒层 2和量子阱3构成单个量子阱结构；多量子阱层4则是多个单个量子阱结构的重复，重复的个数可以是1个、2个、3个或其他数量，这个数量可以根据本领域技术人员根据需要自行设置。此处，为了更好的理解而将单个量子阱结构画出。此外，所述衬底1是P型或InP衬底，衬底1的高度为500μm～600μm；在衬底1的表面形成多量子阱结构，例如多量子阱结构依次是Al0.8026Ga0.1130In0.0844As/Al0.130Ga0.3794In0.49As，量子阱结构底部的厚度为100nm。
为了更详细了解本实施例中的方案，在量子阱结构的导带中电子的第N级能级位于壁垒能量的边缘，且设置的量子阱材料够产生纵向光学声子，纵向光学声子的能量为ELO。当电子的第N级能级与导带中第一级能级的能量差为纵向光学声子的能量ELO的整数倍时，可以在提高量子壁垒的同时保持载流子抽取的逃逸速度不过度减少，进而提高效率。
本方案的另外一个实施例，通过调节量子阱壁垒组分参杂比例(如AlGaInAs中Al组分比例对能带宽度影响较大)从而调整材料能带宽度及，最终调节量子阱壁垒的高度(阱与壁垒材料能带宽度差值)以及量子阱宽度使其实现：1）在工作电压下，第N级电子或空穴能级位于壁垒能量边缘；2）能量差从壁垒边缘能级和第一能级接近于为纵向光学声子（longitudinal optical phonon）能量（ELO）的 整数倍。 例如: Al0.8026Ga0.113014In0.0844As/Al0.1306Ga0.3794In0.49As 的深量子阱，价带差值约为212*ELo。 同时该材料组合在10nm宽度时，价带第三能级在操作电压(20kV/cm)下出于量子阱势垒边缘。当空穴的第N级能级与价带中第一级能级的能量差为纵向光学声子的能量ELO的整数倍时，可以在提高量子壁垒的同时保持空穴抽取的速度加快，进而提高效率。
为了更好的理解本方案，需要说明的是，通过调节量子阱宽度以及量子阱壁垒组分参杂比例，例如调整AlGaInAs中Al组分比例，从而调整材料能带宽度，最终调节量子阱壁垒的高度(阱与壁垒材料能带宽度差值)，进而满足上述的条件。
实施例
本实用新型提供一种电吸收调制器，电吸收调制器包括衬底，多量子阱结构以及覆盖层，所述衬底、所述多量子结构以及所述覆盖层层叠设置，所述多量子阱结构层叠在衬底表面，在所述多量子阱结构顶表面设置所述覆盖层；所述多量子阱结构由多个半导体层组成，所述量子阱的材料组成为Al0.8026Ga0.1130In0.0844As/Al0.1306Ga0.3794In0.49As，其电子逃逸时间在20kV/cm电压下约为<10ps。
实施例
本实用新型提供一种常规电吸收调制器，电吸收调制器包括衬底，在所述衬底上形成的单个量子阱结构，在半导体层顶表面设置覆盖层，所述量子阱的材料组成为Al0.40Ga0.60As/ GaAs，其电子逃逸时间在20kV/cm电压下约为10-20ps。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种电吸收调制器，其特征在于，所述电吸收调制器包括衬底，多量子阱结构以及覆盖层，所述衬底、所述多量子阱结构以及所述覆盖层层叠设置；所述多量子阱结构层叠在衬底表面；在所述多量子阱结构顶表面设置所述覆盖层；所述多量子阱结构由多个半导体层组成；所述多量子阱结构产生的纵向光学声子的能量为ELO；所述纵向光学声子设置在多量子阱结构中的导带中，所述多量子阱结构中电子第N级能级和导带中第一级能级的能量差为纵向光学声子的能量ELO的整数倍；或所述纵向光学声子设置在所述多量子阱结构中的价带中，所述多量子阱结构中空穴第N级能级和价带中第一级能级的能量差为纵向光学声子的能量ELO的整数倍。
2.如权利要求1所述电吸收调制器，其特征在于，所述多量子阱结构中电子第N级能级位于壁垒能量边缘。
3.如权利要求1所述电吸收调制器，其特征在于，所述多量子阱结构中空穴第N级能级位于壁垒能量边缘。
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2023
- 2023-05-23 CN CN202321265832.7U patent/CN220894684U/zh active Active
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