LT6997B - Puslaidininkinis šviesos šaltinis - Google Patents
Puslaidininkinis šviesos šaltinis Download PDFInfo
- Publication number
- LT6997B LT6997B LT2021565A LT2021565A LT6997B LT 6997 B LT6997 B LT 6997B LT 2021565 A LT2021565 A LT 2021565A LT 2021565 A LT2021565 A LT 2021565A LT 6997 B LT6997 B LT 6997B
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- layers
- semiconductor
- quantum well
- light source
- band gap
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 64
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical group [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 56
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims description 12
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 3
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 208000012868 Overgrowth Diseases 0.000 abstract 2
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 15
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 12
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 238000001194 electroluminescence spectrum Methods 0.000 description 4
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 3
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 description 3
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005401 electroluminescence Methods 0.000 description 2
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052689 Holmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052775 Thulium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 238000011982 device technology Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KJZYNXUDTRRSPN-UHFFFAOYSA-N holmium atom Chemical compound [Ho] KJZYNXUDTRRSPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Šis išradimas priklauso puslaidininkinių šviesos šaltinių sričiai ir gali būti naudojamas artimojo ir viduriniojo infraraudonojo diapazono šviesos ir lazeriniuose dioduose. Pasiūlytas šaltinis apima padėklą iš puslaidininkinės medžiagos, šviesą skleidžiantį sluoksniuotą darinį, užaugintą ant padėklo, kur sluoksniuotas darinys apima: a) kvantinės duobės sluoksnį, pagamintą iš pirmosios puslaidininkinės medžiagos, b) du apauginimo sluoksnius, išdėstytus iš abiejų kvantinės duobės sluoksnio pusių ir pagamintus iš antrosios puslaidininkinės medžiagos, c) du barjero sluoksnius, išdėstytus, atitinkamai, ant minėtų apsauginių sluoksnių, pagamintus iš trečiosios puslaidininkinės medžiagos, kur kvantinės duobės sluoksniai iš pirmosios medžiagos turi savyje bismuto atomų.
Description
TECHNIKOS SRITIS
Šis išradimas priklauso puslaidininkinių šviesos šaltinių sričiai ir gali būti naudojamas artimojo ir viduriniojo infraraudonojo diapazono šviesos ir lazeriniuose dioduose.
TECHNIKOS LYGIS
Vidurinysis infraraudonųjų bangos ilgių diapazonas (VIR) yra apibrėžiamas kaip elektromagnetinės spinduliuotės spektro dalis, esanti tarp optiniam ryšiui naudojamų artimojo IR diapazono (nuo ~2 pm) iki trumpabangio THz spinduliuotės bangos ilgių (30 pm). Ypač svarbi yra VIR diapazono dalis tarp 2 pm ir 4 pm, nes šiame bangos ilgių diapazone galime aptikti daugelio technologiškai reikšmingų medžiagų molekulių rotacinius ir vibracinius rezonansus, leidžiančius aptikti šias molekules. Todėl spektrinius VIR matavimus naudojantys justukai yra svarbūs eilei taikymų gamtosaugoje, medicinoje, saugos technikos ir karinėje pramonėje, bene svarbiausiam justukų komponentui - atitinkamo bangos ilgio šviesos šaltiniui, visą laiką egzistuoja nenutrūkstamas poreikis.
Tradicinių tipų lazeriai, pavyzdžiui, turintys tuliu, yterbiu, erbiu ar holmiu legiruotą aktyvųjį elementą - kietąjį kristalą ar skaidulą, spinduliuoja šioje spektrinėje srityje, tačiau tik atskiras siauras linijas, todėl juos naudojant nėra įmanoma perkloti visą reikalingą bangos ilgių diapazoną. Šį tikslą įmanoma pasiekti naudojant puslaidininkinius šviesos šaltinius, pagamintus A3B5 junginių pagrindu ir parenkant atitinkamas medžiagas ir atitinkamus prietaisų darinius.
Pavyzdžiui, dvigubos I tipo heterostruktūrų užaugintų ant GaSb padėklų pagrindu pagamintų lazerinių diodų spinduliuojamas bangos ilgis gali viršyti 3 pm (Grau et al., “Room-temperature operation of 3.26 pm GaSb-based type-1 lasers with quinternary AIGalnAsSb barriers” 2005, Applied Physics Letters, 87, pp. 241 104-1241 104-3). Jeigu aktyviajame sluoksnyje yra storas GaSb sluoksnis, didžiausias pasiekiamas bangos ilgis yra 1,8 pm, naudojant GaSb kvantines duobes, jis dar sumažėja. Todėl kvantinėse duobėse tenka naudoti mažesnius draustinių energijų tarpus £g turinčius trinarius ar keturnarius junginius, tokius kaip GalnSb ar GalnAsSb, barjero sluoksniams pasitelkti ir dar sudėtingesnius penkianarius AIGalnAsSb junginius. Visa tai kelia nemažai technologinių problemų ir ženkliai sumažina prietaisų patikimumą ir pakelia jų gamybos kaštus.
Tokių problemų galima išvengti pasitelkus gerai išvystytas GaAs ar InP padėklus naudojančias epitaksinio auginimo technologijas. Ypač patrauklu būtų gaminti VIR šviesos šaltinius pasitelkiant brandžią InP technologinę platformą, bet iki šiol net ir geriausi iš VIR prietaisų, kuriuos gaminant ji buvo panaudota - InAs kvantinių lazeriai, emituoja ne ilgesnes kaip 2,8 pm bangas (D. Jung, et.all., “2.8 pm emission from type-1 quantum wells grown on InAsP/lnP metamorphic graded buffers”, Appl. Phys. Lett., 101, 251107 (2012)). GaAs platformos pagrindu sukurtų šviesos šaltinių spinduliuotės spektras nesiekia ir 1 pm.
Yra žinoma, kad ant GaAs ar InP auginamų puslaidininkinių junginių draustinių energijų tarpus galima ženkliai sumažinti, o jų spinduliuojamus bangos ilgius padidinti, j jų kristalinę gardelę įterpus palyginti nedidelius bismuto atomų kiekius. GaAsBi epitaksinio auginimo technologija yra aprašyta (T. Tiedje, et. all., „ Gallium arsenide semiconductor material incorporating bismuth and process for epitaxial growth“, WO Patent, 2009/079777 Al). Fotoliumescencijos spektro maksimumas GaAsBi su 6 % Bi siekė 1,2 pm, mikrodiskiniai lazeriniai diodai iš šios medžiagos generavo 1,4 pm bangos ilgio signalą (X. Liu, et.all., “Continuous wave operation of GaAsBi microdisk lasers at room temperature with large wavelengths ranging from 1.27 to 1.41 pm ”, Photonics Research 7 (2019) 508-512). Šioje srityje didžiausias proveržis būtų pasiektas tuomet, jei pavyktų GaAs padėklų pagrindu sukurti skaiduliniam optiniam ryšiui tinkamus 1,55 pm bangos ilgio lazerinius diodus.
Tinkama medžiaga InP atveju galėtų būti GalnAsBi, teoriškai su InP suderinto šio junginio spinduliuojama šviesa galėtų būti net 6 pm bangos ilgio. Tam reiktų įterpti apie 34 % Bi, bet technologija šiandien leidžia auginti tik ~7 % Bi turinčius GalnAsBi sluoksnius ir tai tik pakankamai plonus. Fig.1 yra parodyta GaAsBi ir GalnAsBi draustinių energijos juostų priklausomybės nuo įterptojo Bi dalies šių junginių gardelėse. Kvantinėse GalnAsBi duobėse su AllnAs barjerais stebėtos fotoliuminescencijos spektro maksimumas siekė 2,4 pm (R Butkute, et.all., “Photoluminescence at up to 2.4 pm wavelengths fromGalnAsBi/AllnAs quantum wells, Journal of Crystal Growth 391 (2014) 116-120), maždaug tokie pat bangos ilgiai buvo pasiekti ir tokias kvantines duobes turinčiuose šviesos dioduose (V. Pačebutas, “Single quantum well diodes from GalnAsBi emitting at wavelengths up to 2.5 pm, Infrared Physics and Technology, 111, (2020) 103567). Tuo tarpu tokio, 6 % Bi turinčio
GalnAsBi sąstato draustinių energijų juostos tarpą atitinkančios spinduliuotės bangos ilgis turėtų būti lygus 3,1 pm, taigi bent 0,7 pm didesnis, nei pasiektas eksperimente. Savo išradime mes siūlome padidinti šviesos šaltinio spinduliuojamos bangos ilgį aktyviojoje jo srityje sudarant sudėtines kvantines duobes su papildomais kitos puslaidininkinės medžiagos sluoksniais.
JAV patente US6900467B2 yra aprašytas puslaidininkinis šviesos šaltinis su iš trijų medžiagų sluoksnių sudarytomis sudėtinėmis kvantinėmis duobėmis.
Pirmoji medžiaga, kurios draustinių energijų tarpas egi yra mažiausias, o storis yra lygus Lz sudaro kvantinės duobės sluoksnį.
Antrosios medžiagos su draustinių energijų tarpu eg2> sgi sluoksniais iš abiejų pusių apauginamas pirmosios medžiagos sluoksnis. Laidumo juostos kraštas šioje medžiagoje turi būti ne mažiau kaip per 100 meV aukščiau už pagrindinį elektronų energijos lygmenį Eei kvantinėje duobėje.
Iš trečiosios medžiagos (sg3 > eg2 > ε9ι ) auginami sluoksniai, sudarantys kvantinės duobės barjerus (B1 ir B2); jų laidumo juostos kraštai turi būti ne mažiau kaip per 100 meV virš antrosios medžiagos sluoksnių laidumo juostos kraštų.
Tokiame šviesos šaltinio darinyje krūvininkų spindulinė rekombinacija vyksta tik pirmosios medžiagos sluoksnyje, o jų efektyvesnį surinkimą o, tuo pačiu, didesnį spinduliuotės intensyvumą bei spartesnį dinaminį atsaką užtikrina papildomi antrosios medžiagos sluoksniai. Tačiau dėl elektronų kvantinės sąspraudos atsiradęs pagrindinio elektronų energijos lygmens kvantinėje duobėje poslinkis ΔΕθι padidina spinduliuojamų šviesos kvantų energiją ir sumažina šaltinio bangos ilgį.
Sprendžiama techninė problema
Išradimu siekiama praplatinti šviesos šaltinių panaudojimo optiniuose dujų ir cheminiuose jutikliuose galimybes padidinant jų spinduliuojamos bangos ilgį iki verčių, artimų kvantinės duobės sluoksnio medžiagos optinės sugerties kraštui.
IŠRADIMO ESMĖ
Uždavinio sprendimo esmė pagal pasiūlytą išradimą yra ta, kas puslaidininkiniame šviesos šaltinyje, apimančiame padėklą iš puslaidininkinės medžiagos, šviesą skleidžiantį sluoksniuotą darinį, užaugintą ant padėklo, kur sluoksniuotas darinys apima: a) kvantinės duobės sluoksnį, pagamintą iš pirmosios puslaidininkinės medžiagos, b) du apauginimo sluoksnius, išdėstytus iš abiejų kvantinės duobės sluoksnio pusių ir pagamintus iš antrosios puslaidininkinės medžiagos, c) du barjero sluoksnius, išdėstytus, atitinkamai, ant minėtų apsauginių sluoksnių, pagamintus iš trečiosios puslaidininkinės medžiagos, kur kvantinės duobės sluoksniai iš pirmosios medžiagos turi savyje bismuto atomų; dviejų apauginimo sluoksnių iš antrosios medžiagos draustinių energijų juostos tarpas eg2 yra didesnis už tokį tarpą pirmojoje medžiagoje egi, o laidumo juostos trūkis AEC12 sandūroje su pirmąja medžiaga yra mažesnis už valentinės juostos trūkį ΔΕνΐ2;
dviejų barjerų sluoksnių iš trečiosios medžiagos draustinių energijų juostos tarpas sgs yra didesnis nei antrojoje medžiagoje, o laidumo juostos trūkis AEC23 sandūroje su antrąja medžiaga yra didesnis už valentinės juostos trūkį ΔΕν23.
Padėklas yra iš InP, pirmoji medžiaga yra GalnAsBi, antroji medžiaga yra GalnAs, o trečioji medžiaga yra AllnAs.
Padėklas yra iš GaAs, pirmoji medžiaga yra GaAsBi, antroji medžiaga yra GaAs, o trečioji medžiaga yra AIGaAs.
Išradimo naudingumas
Siūlomas puslaidininkinis šviesos šaltinis, kurio aktyviojoje srityje yra sudėtinės kvantinės duobės sudarytos iš trijų skirtingų medžiagų sluoksnių: duobės sluoksnio iš pirmosios medžiagos, apauginimo sluoksnių iš antrosios medžiagos ir barjerų sluoksnių iš trečiosios medžiagos. Laidumo juostos trūkis heterosandūroje tarp pirmosios ir antrosios medžiagų AEC12 privalo būti mažesnis už valentinės juostos trūkį ΔΕνΐ2 šioje sandūroje; laidumo juostos trūkis heterosandūroje tarp antrosios ir trečiosios medžiagų AEC23 privalo būti didesnis už valentinės juostos trūkį ΔΕν23.
Daugumoje heterosandūrų, sudarytų iš A3B5 grupės puslaidininkių, ΔΕο > ΔΕν, todėl pirmąją sąlygą yra sunku patenkinti. Tam tinka puslaidininkiniai junginiai, kuriuose dalis penktos grupės atomų yra pakeisti bismutu. Bismuto įterpimas daugiau paveikia valentinės juostos lygmenų energinę padėtį, todėl heterosandūrose tarp bismidų ir kitų A3B5 junginių valentinės juostos trūkiai yra didesni nei laidumo juostoje.
Tai, kad siūlomuose šviesos šaltiniuose kvantinių duobių sluoksniuose yra panaudoti bismidiniai junginiai, gali turėti porą papildomų pranašumų. Visų pirma, Bi įvedimas ne tik mažina draustinių energijų juostos tarpą, bet ir didina dėl sukinių orbitinės sąveikos atsiradusį valentinės juostos suskilimą (SO). GalnAsBi SO energija viršija eg kuomet junginyje yra 3,5 % Bi, o GaAsBi tai atsitinka prie 9 % Bi. Tokiomis sąlygomis nebegali vykti Auger rekombinacijos procesai, kuriuose dalyvauja skylės iš SO valentinės juostos ir šviesos sugertis dėl krūvininkų šuolių j šią juostą. Dėl to sumažės ir nespindulinių elektronų šuolių tikimybė, ir šiluminiai nuostoliai šviesos šaltiniuose. Kitas bismidų pranašumas yra mažesnė nei kituose A3B5 puslaidininkiuose jų draustinių energijų tarpo priklausomybė nuo temperatūros, kas, pavyzdžiui, lazerinių diodų atveju sumažins energijos nuostolius maitinant diodo temperatūrą stabilizuojančius termoelektrinius šaldiklius.
TRUMPAS BRĖŽINIŲ APRAŠYMAS
Norint geriau suprasti išradimą ir įvertinti jo praktinius pritaikymus, pateikiami šie aiškinamieji brėžiniai. Brėžiniai pateikiami tik kaip pavyzdžiai, kurie neriboja išradimo apimties.
Fig. 1 yra pavaizduota GalnAsBi draustinių energijų tarpo priklausomybė nuo bismuto dalies junginyje.
Fig. 2 yra pavaizduota GalnAsBi/AllnAs kvantinės duobės energijų juostų diagrama.
Fig. 3 yra pavaizduota siūlomo šviesos šaltinio aktyviosios srities kvantinių duobių energijos juostų diagrama.
Fig. 4 yra pavaizduota šviesos diodo darinio sluoksnių struktūra.
Fig. 5 yra pavaizduoti neapaugintos GalnAs papildomais sluoksniais QW1 ir apaugintos jais QW2 pavienių GalnAsBi kvantinių duobių su 6 proc. Bi fotoliuminescencijos FL spektrai. Strėlėmis nurodytos teorinės FL maksimumų vertės.
Fig. 6 yra pavaizduoti šviesos diodų su viena neapauginta QW1 ir viena apauginta papildomais GalnAs sluoksniais QW2 GalnAsBi su 5,5 proc. Bi proc. Bi kvantinėmis duobėmis elektroliuminescencijos EL spektrai. Strėlėmis nurodytos teorinės EL maksimumų vertės.
Fig. 7 yra pavaizduoti šviesos diodų su trimis neapaugintomis QW1 ir trimis apaugintomis papildomais GalnAs sluoksniais QW2 GalnAsBi su 6 proc. Bi kvantinėmis duobėmis elektroliuminescencijos EL spektrai. Strėlėmis nurodytos teorinės EL maksimumų vertės.
Fig. 8 yra pavaizduotos trinarių GaAsBi ir GalnAs draustinių energijų juostos pločio priklausomybės nuo Bi ir In atomų dalies juose.
IŠRADIMO REALIZAVIMO PAVYZDŽIAI
Išradimą galima įgyvendinti, kuomet šviesos šaltinis yra pagaminamas iš puslaidininkių, kurių heterostruktūroje kvantinės duobės sluoksnį sudaro medžiaga, turinti bismuto atomų. Tokie bismuto turintys puslaidininkiai gali, pavyzdžiui, būti GaAsBi ar GalnAsBi. Šiuose A3B5 grupės puslaidininkiniuose junginiuose Bi atomų įvedimas pakelia valentinės juostos energijos lygmenis mažai įtakodamas laidumo juostos energijos lygmenų padėtį. Todėl laidumo juostos lygmenų trūkiai atitinkamose heterosandūrose: GaAsBi/GaAs ir GalnAsBi/GalnAs, yra nedideli, pavyzdžiui, pirmojoje iš išvardintųjų heterosandūrų laidumo juostos trūkiui tenka tik nuo 20 % iki 30 % GaAs ir GaAsBi draustinių energijų tarpų skirtumo.
Norint, kad GaAsBi draustinių energijų tarpas pasiektų 0,4 eV (atitinkamas bangos ilgis bus 3,1 pm), reikia įvesti apie 15 % Bi. Todėl VIR diapazono šviesos šaltiniams tinkamesnis bus antrasis medžiagų derinys. Minėtas draustinių energijų tarpas neįtemptame GalnAsBi yra pasiekiamas jau įterpus apie 6 % Bi (Fig. 1). Žinomame kvantinės duobės darinyje, kurio energijos juostų struktūra yra pavaizduota Fig. 2, elektronų ir skylių energijos lygmenys pasislenka. Mažesnių nei skylės efektinę masę turinčių elektronų energijos lygmuo Eie pasislenka daugiau už sunkiųjų skylių lygmenį Eihh, todėl optinio šuolio energija tampa didesnė nei draustinių energijų tarpas ir spinduliuotės bangos ilgis ženkliai išauga.
Siūlomas šviesos šaltinis, kurio darinys yra pavaizduotas Fig. 3, turi šviesą spinduliuojantį kvantinės duobės puslaidininkinis sluoksnį 1, apauginimo puslaidininkinius sluoksnius 2, išdėstytus iš abiejų kvantinės duobės sluoksnio 1 ir barjero puslaidininkinius sluoksnius 3, išdėstytus ant apauginimo sluoksnių 2. Minėtasis aktyvusis sluoksnių darinys yra užaugintas ant puslaidininkinio padėklo 4; auginimas pradedamas buferiniu puslaidininkiniu sluoksniu 5 ir baigiasi apsauginiu puslaidininkiniu sluoksniu 6. Ant išorinių sluoksnių 4 ir 6 yra suformuojami elektriniai kontaktai 7.
Toliau pateikiame pasiūlyto šviesos šaltinio gaminimą
Ant p-tipo InP padėklo 4 yra užauginamas 100 nm storio Gao.47lno.53As buferinis sluoksnis 5,5 nm storio Alo.49lno.51As barjeras 3,10 nm storio apauginimo sluoksnis iš Gao.47lno.53As 2,5 nm storio kvantinės duobės sluoksnis 1 iš Ga0.47ln0.53As0.95Bi0.05 ir antrieji apauginimo sluoksnis 2 ir barjero sluoksnis 3. Sritis, apribota barjerais 3 sudaro sudėtinę kvantinę duobę, kurių šviesos šaltinio darinyje gali būti viena arba kelios. Darinio sluoksnių seka baigiasi apsauginiu 10 nm storio Gao.47lno.53As sluoksniu 6 ir ant abiejų darinio pusių užgarintais elektriniais kontaktais 7.
Kvantinių duobių su apauginimo sluoksniais (Q2) ir be jų (Q1) fotoliuminescencijos ir elektroliuminescencijos spektrai yra palyginti Fig. 5 ir Fig. 6. Abiejuose eksperimentuose naudotos skirtingos bandinių poros, tačiau auginant kiekvieną iš jų stengtasi GalnAsBi sluoksniuose įvesti tokį pat bismuto atomų kiekį. Liuminescencijos spektrai buvo matuojami FTIR spektrometru Bruker Vertex 80; fotoliuminescencija buvo žadinama 808 nm bangos ilgio lazerio spinduliuote, o šviesos diodų elektroliuminescencijos spektrai matuoti per juos tekant 1A srovei. Iš šių iliustracijų matyti, kad abiem atvejais duobės apauginimo sluoksnių įvedimas sąlygojo ženklų spinduliuotės spektro raudonąjį poslinkį. Be to, apaugintų duobių spinduliuotės intensyvumas abiem atvejais irgi išaugo dėl pagerėjusio elektronų ir skylių surinkimo j duobes.
Kitas įgyvendinimo variantas, galintis turėti svarbių taikymų skaidulinio optinio ryšio prietaisų technologijoje, galėtų būti paraiškoje siūlomas šviesos šaltinis, pagamintas ant GaAs padėklo. Šiuo atveju pirmoji medžiaga būtų GaAsBi, antroji GaAs, o trečioji medžiaga - AIGaAs. Į GaAs įvedus Bi, jo draustinių energijų tarpas mažėja daugiau nei 10 kartų sparčiau, neįvedus In atomus. GaAsBi draustinių energijų tarpas tampa mažesnis už 0,8 eV kai Bi dalis pasiekia 10 %, kas šiuo metu jau yra nesunkiai pasiekiama. Todėl panaudojus papildomus apauginimo sluoksnius yra įmanoma pasiekti trečiojo skaidulinio ryšio optinio lango bangos ilgį, lygų 1,55 pm.
Claims (3)
- Puslaidininkinis šviesos šaltinis, apimantis: - padėklą iš puslaidininkinės medžiagos, - šviesą skleidžiantį sluoksniuotą darinį, užaugintą ant padėklo, kur sluoksniuotas darinys apima: a) kvantinės duobės sluoksnį, pagamintą iš pirmosios puslaidininkinės medžiagos, b) du apauginimo sluoksnius, išdėstytus iš abiejų kvantinės duobės sluoksnio pusių ir pagamintus iš antrosios puslaidininkinės medžiagos, c) du barjero sluoksnius, išdėstytus, atitinkamai, ant minėtų apsauginių sluoksnių, pagamintus iš trečiosios puslaidininkinės medžiagos, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad kvantinės duobės sluoksniai iš pirmosios medžiagos turi savyje bismuto atomų; dviejų apauginimo sluoksnių iš antrosios medžiagos draustinių energijų juostos tarpas εg2 yra didesnis už tokį tarpą pirmojoje medžiagoje εg1, o laidumo juostos trūkis ∆Ec12 sandūroje su pirmąja medžiaga yra mažesnis už valentinės juostos trūkį ∆Ev12 ; dviejų barjerų sluoksnių iš trečiosios medžiagos draustinių energijų juostos tarpas εg3 yra didesnis nei antrojoje medžiagoje, o laidumo juostos trūkis ∆Ec23 sandūroje su antrąja medžiaga yra didesnis už valentinės juostos trūkį ∆Ev23.
- Puslaidininkinis šviesos šaltinis pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad padėklas yra iš InP, pirmoji medžiaga yra GaInAsBi, antroji medžiaga yra GaInAs, o trečioji medžiaga yra AlInAs.
- Puslaidininkinis šviesos šaltinis pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad padėklas yra iš GaAs, pirmoji medžiaga yra GaAsBi, antroji medžiaga yra GaAs, o trečioji medžiaga yra AlGaAs.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2021565A LT6997B (lt) | 2021-10-25 | 2021-10-25 | Puslaidininkinis šviesos šaltinis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2021565A LT6997B (lt) | 2021-10-25 | 2021-10-25 | Puslaidininkinis šviesos šaltinis |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LT2021565A LT2021565A (lt) | 2023-05-10 |
| LT6997B true LT6997B (lt) | 2023-06-12 |
Family
ID=80225758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LT2021565A LT6997B (lt) | 2021-10-25 | 2021-10-25 | Puslaidininkinis šviesos šaltinis |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| LT (1) | LT6997B (lt) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080089375A1 (en) * | 2004-10-12 | 2008-04-17 | Manoj Kanskar | Semiconductor Laser Diode |
| CN103401144A (zh) * | 2013-08-13 | 2013-11-20 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 红外半导体激光器有源区、半导体激光器及其制作方法 |
-
2021
- 2021-10-25 LT LT2021565A patent/LT6997B/lt unknown
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080089375A1 (en) * | 2004-10-12 | 2008-04-17 | Manoj Kanskar | Semiconductor Laser Diode |
| CN103401144A (zh) * | 2013-08-13 | 2013-11-20 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 红外半导体激光器有源区、半导体激光器及其制作方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| BUTKUTE RENATA ET AL: "Photoluminescence at up to 2.4[mu]m wavelengths from GaInAsBi/AlInAs quantum w", JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 391, 21 January 2014 (2014-01-21), pages 116 - 120, XP028651808, ISSN: 0022-0248, DOI: 10.1016/J.JCRYSGRO.2014.01.009 * |
| LIU JUANJUAN ET AL: "Electrically injected GaAsBi/GaAs single quantum well laser diodes", AIP ADVANCES, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, 2 HUNTINGTON QUADRANGLE, MELVILLE, NY 11747, vol. 7, no. 11, 3 November 2017 (2017-11-03), XP012223394, DOI: 10.1063/1.4985231 * |
| MARKO I P ET AL: "Physical properties and optimization of GaBiAs/(Al)GaAs based near-infrared laser diodes grown by MOVPE with up to 4.4% Bi", JOURNAL OF PHYSICS D: APPLIED PHYSICS, INSTITUTE OF PHYSICS PUBLISHING, BRISTOL, GB, vol. 47, no. 34, 1 August 2014 (2014-08-01), pages 345103, XP020268634, ISSN: 0022-3727, [retrieved on 20140801], DOI: 10.1088/0022-3727/47/34/345103 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| LT2021565A (lt) | 2023-05-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Marko et al. | Properties of hybrid MOVPE/MBE grown GaAsBi/GaAs based near-infrared emitting quantum well lasers | |
| Chen et al. | Ultra-broad spontaneous emission and modal gain spectrum from a hybrid quantum well/quantum dot laser structure | |
| US4365260A (en) | Semiconductor light emitting device with quantum well active region of indirect bandgap semiconductor material | |
| Gladyshev et al. | Optical properties of InGaAs/InGaAlAs quantum wells for the 1520–1580 nm spectral range | |
| US20130136148A1 (en) | Quantum Cascade Laser Design With Stepped Well Active Region | |
| Kim et al. | Laser diodes employing GaAs1− xBix/GaAs1− yPy quantum well active regions | |
| Weng et al. | Dynamics of carrier tunneling and recombination in asymmetric coupled InGaN multiple quantum wells | |
| KR100463972B1 (ko) | 광 반도체 디바이스 | |
| JP2007251092A (ja) | 半導体レーザ | |
| Andreev et al. | High-power laser diodes (λ= 808–850 nm) based on asymmetric separate-confinement heterostructures | |
| JP2009043807A (ja) | 分離閉じ込め構造を用いた発光素子用希土類元素添加半導体積層構造、それを用いた発光ダイオード、半導体レーザダイオード、光増幅器 | |
| LT6997B (lt) | Puslaidininkinis šviesos šaltinis | |
| Liu et al. | Effects of modulation P-doping on thermal stability of InAs/GaAs quantum dot superluminescent diodes | |
| Marmalyuk et al. | Electroluminescence Spectra of “Red” LED AlGaInP/GaAs Structures | |
| Lahoual et al. | Modeling of ZnSe/Zn1− xMgxSe quantum well laser properties | |
| Utrilla et al. | Impact of the Sb content on the performance of GaAsSb-capped InAs/GaAs quantum dot lasers | |
| US4270094A (en) | Semiconductor light emitting device | |
| Nie et al. | Theoretical Study of Spontaneous Emission Spectra in GaAsBi/GaAs Quantum Wells | |
| Sandhya et al. | Optimization of optical characteristics of In0. 29Ga0. 71As0. 99N0. 01/GaAs straddled nano-heterostructure | |
| Lin et al. | Research on the high indium content InGaAs multiple quantum wells wafers for λ> 1.55 μm laser diodes | |
| Krier et al. | Mid-infrared electroluminescence in LEDs based on InAs and related alloys | |
| Mikhailova et al. | Radiative Recombination and Impact Ionization in Semiconductor Nanostructures (a Review) | |
| Mahavadi et al. | Stimulated emission from a CdTe/HgCdTe separate confinement heterostructure grown by molecular beam epitaxy | |
| Islam et al. | InAlP/InGaP strain‐modulated aperiodic superlattice heterobarrier for enhanced electron confinement in visible (λ∼ 650 nm) light‐emitting devices | |
| Yin et al. | Mid-infrared diode lasers for free-space optical communications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BB1A | Patent application published |
Effective date: 20230510 |
|
| FG9A | Patent granted |
Effective date: 20230612 |