TW525306B - Technique using multi-layer quantum well of different widths for increasing the light emitting bandwidth of semiconductor photoelectric device - Google Patents
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Description
525306 案號 90109399 年 月 曰 修正 五、發明說明(1) 本發明係有關一種半導體光電元件之發光頻寬技術, 尤指一種利用不同分離侷限異質結構區域的長度,可製作 出由電洞或電子控制二維載子分佈不同寬度的多層量子井 結構,使半導體光電元件,具有較佳的溫度特性與較好的 調變特性者。
隨著網路時代的興起,有關於光纖網路中不可或缺的 部分,如傳送端、接收端、交換端等,都成為現今研究的 重點。而且半導體之相關元件,由於其積體相當輕薄短小 、能發出高功率、高調變速率和高穩定度(包括對溫度及 操作時間的穩定度)的光訊號,及高可靠度使其在光纖通 訊中成為必須的成員。半導體光放大器(Semiconductur Optical Amplifier,下稱S〇A )/高功率二極體 (superluminescent diode,下稱 S L D )在中繼光訊號 放大及光開關方面的功能也被採用,但傳統的半導體光放 大器只有約4 0 nm的頻寬,對寬頻的光纖通訊而言並不合 乎需求。
另一方面而言,雖然摻铒光纖放大器(E r — d 〇 p e d fiber amplifier,下稱E D F A )目前普遍應用在光通 訊系統中,做為中繼光訊號放大的用途,但因其可用的頻 寬仍然有限,在C—band和L—band之間(1 5 25〜1 6 0 5 nm ),使得光纖的另一重要頻帶在1 3 0 0 nm附近 完全無法藉由換斜光纖放大器放大,使未來光通訊系統無 法繼續依賴摻铒光纖放大器。由於目前光纖研製的技術日 益精進,使光通訊的可用頻帶涵蓋1 2 0 Onm〜1 6 0 0 nm,所以極需要一種具有更大頻寬的中繼光訊號放大器。
第4頁 525306 案號 90109399 曰 修正 五、發明說明(2) 而半導體量子井 流密度低、溫度敏感 導體雷射元件好。因 用或研究用的半導體 有機氣相蟲晶(Meta 下稱MOCVD)或 Epitaxy)成長的半導 Well)加以半導體製 但就目前的研究 ,在多層量子井中分 放大器的增益頻寬( 均勻的特性加以考慮 稱多層量子井的技術 均勻的特性,所以成 有鑑於上述中繼 積極著手研究,本著 製半導體雷射及半導 技術,即利用不同寬 恰好能銜接,再利用 ,將其應用在不同寬 到超寬的發光頻寬, 0 〇nm 〜1 5 5 0 nm ,而且使用某特定長 域,可使量子井内控 電洞,以達到更寬的 雷射相關元 性低、增益 為量子井的 雷射,亦不 1 Organic 分子束蠢晶 體量子井( 程之製造而 報告指出, 佈的並不均 亦即發光頻 。在此之前 來增加頻寬 果都相當的 光訊號放大 精益求精之 體光放大器 度的多層量 多層量子井 度多層量子 使半導體光 ,是目前此 度的分離侷 制載子二維 增益頻寬或 件之特性, 頻寬較寬等 蠢晶層極溥 論波長之範 Chemical D (Molecular Semi conduc 成。 由電流注入 勻,故若要 寬),必須 ,也曾有人 ,但從未考 有限。 器之缺失, 精神,且應 的多年經驗 子井,使其 内載子分佈 井的設計中 放大器的頻 類光放大器 限異質結構 分佈的優勢 更好的溫度 係包含臨界電 ,都較實體半 ,現今不論商 圍,皆以金屬 epos i t i on, Beam tor Quantum 所激發的載子 增加半導體光 將載子分佈不 研究使用非對 慮載子分佈不 故本 用在 ,開 量子 不均 ,如 帶可 中頻 (S 載子 特性 發明 實驗 發此 井的 勻的 此就 涵蓋 寬最 C Η 為電 者。 人乃 室研 寬頻 能階 特性 能得13 寬的 ) 區 子或
第5頁 525306 _案號90109399_年月曰 修正_r 五、發明說明(3) 緣是本發明之主要目的,乃在於提供一種利用不同寬 度多層量子井增加半導體光電元件之發光頻寬技術,可使 量子井内控制載子二維分佈的優勢載子為電子或電洞,以 達到更寬的增益頻寬或更好的溫度特性者。 為達上述目的,本發明所提出之新技術是這樣完成的 :一種利用不同寬度半導體多層量子井的成長,並利用半 導體多層量子井内載子分佈的特性,與分離侷限異質結構 區域長度的不同,可以研製出一具有可涵蓋1 3 00 nm〜 1 5 5 Onm增益範圍的半導體不同寬度多層量子井結構 ,利用此一磊晶的材料,可製作可調式半導體雷射/雷射 放大器元件,並使各波長在範圍内都有合理且一致的增益 與溫度特性。藉由此研發的技術,亦可使半導體光放大器 之頻寬大幅增加,而且具有較實體(Bu 1 k )結構高的增 益、較寬的發光頻寬及較快的調變速度。 為使 貴審查委員瞭解本發明之目的、特徵及功效, 茲藉由下述具體之實施例,並配合所附之圖式,對本發明 做一詳細說明,說明如后: 請參閱第一圖係為現今光纖之吸收頻譜圖。如圖所示 ••在該吸收頻譜圖上,其較低的實線,係為在光纖核心 (core )摻雜 4 % 二氧化鍺(Ge02) single Mode 的單模 光纖1 1 ,而上方虛線係為Multi Mode多模光纖1 2 ,另 在1 4 0 0 nm附近的峰值1 3 ,係因水分子存在光纖玻璃 中所造成的,而其氬氧鍵結的共振波長在1 3 8 5nm。 由於現今光纖製作技術的精進,可供通訊之波長範圍 越來越寬,除1 400nm附近之外,幾乎從1 3 OOnm〜
525306 案號 90109399 修正 五、發明說明(4) 1 6 Ο Ο n m都可以利用 光纖放大器雖然與光纖 作為光纖通訊的頻道之用。而摻铒 的耦合效率較高,但是其增益頻寬 有限 的增 焉, 缺點 D F 好其 有良 0 nm 用在 分佈 的不 ,故 益頻 被視 之一 A元 以半 頻寬 好且 的頻 而且 光通 相當 同而 在C—band和L —band的波長範圍内,即需不同 寬之 為一 , 而 件。 導體 在光 接近 寬, 就相 訊系 不均 產生 E D F A 項在波長 且在1 3 光放大器 通訊波長 的增益。 對頻寬的 關的研究 統中的相 勻,且會 極大的差 元件,其所需的庫存與製作成本皆 區段多工(W D Μ )系統中的主要 Ο Ο n m附近的頻帶根本無法使用Ε 作為光纖通訊系統中的中繼器,最 範圍1 3 0 Onm〜1 6 0 Onm内皆 但習用的半導體光放大器只有約4 光纖通訊而言並不合乎需求。 結果可明顯得知,在目前被廣泛應 關元件,其載子在多層量子井内的 隨量子井的結構、排列順序及材料 異,使得設計時需多考慮此項變數 而欲設計超寬頻的不同寬度多層量子井結構,可由以 下各點加以綜合考慮: 一 ·不同寬度量子井的能階:係可將欲發光之波長,利用 不同寬度的多層量子井的堆疊,而達到設計寬頻結構 的目的。但須將下列情況列入考慮之中: a ·若這些不同寬度量子井的井底及位障材料相同(如第 二圖所示),由量子力學之計算得知較寬的量子井, 其量子化能階較低、發光波長較長;而較窄之量子井 其量子化能階較高、發光波長較短。由增益頻譜的詳
第7頁 525306 案號 90109399 年 月 曰 修正 五、發明說明(5) 細計算中指出,欲達到相同的增益,其較寬的量子井 所需的載子濃度較低,但這是會影響最終的發光頻譜 〇
b ·若使用不同材料組成的量子井底或位障,則設計的自 由度增加,係可利用不同材料組成的不同寬度多層量 子井,設計其發光波長不同但是其量子化能階相近( 請參閱第三圖,係為材料及量子寬度井都不同之多層 量子井設計示意圖。如圖所示),頻寬可有效增寬, 且在增益大於零之處,其增益值相當一致。 c ·考慮較高能階的量子井所發出之光能量較高,會被較 低能階的量子井再度吸收,故設計多層不同寬度量子 井的數目時,較高能量的量子井數目應該較多,但詳 細的情況必須經由增益頻譜的計算確切的量子井數目 後才能決定。
二·分離侷限異質結構的長度:在半導體量子井結構中, 電流注入所激發的電子電洞對,分別由P接點與N接 點注入,經由分離侷限異質結構進入主動區並結合發 光,所以載子在S CH區域中移動的速度決定了其控 制量子井内二維載子分佈的能力。 a ·若電子較快進入量子井内,則電子為控制量子井内二 維載子的優勢載子。最終的二維載子分佈將依據電子 的空間分佈(電子由N端注入,必然在靠N端處的電 子濃度會較高)根據電荷中性的原則做出對應的分佈 ,電洞為優勢載子的情況亦然。利用以下簡單的模型 可以判斷何種載子為優勢載子
第8頁 525306 _案號 901Q9399_年月日___ 五、發明說明(6) 式子中d ρ ( d η )代表電洞(電子)要擴散到量子井所需 移動的距離(即S C Η區域的長度),Dp與Dn為材料 的擴散係數,W是量子井的寬度,dp rep和dnrcn是 根據量子力學所得到之捕捉時間,故等號右邊的四項 時間分別係為:電洞在S C Η區域中之擴散時間、電 子在S C Η區域中之擴散時間、電洞被量子井捕捉的 等效時間以及電子被量子井捕捉的等效時間,在此為 了考慮未被量子井捕捉的載子堆積在S C Η區域中, 使得擴散時間加長,我們必須注意載子的等效捕捉時 間為:量子力學所計算出的捕捉時間乘上一體積比 dp(dn)/W 〇 b ·我們將上式中的電洞部份時間(電洞擴散+電洞等效 捕捉時間)定義為電洞由注入S C Η區域到被量子井 捕捉進入二維能階的時間r p,t 〇 t a 1 = 7: p,d i f f u s i ο η + reap, p,與電子由注入S C H區域到被量子井捕 捉進入二維能階的時間r η,t o t a 1 = τ η,d i f f u s i ο η + r cap, p (電子擴散+電子等效捕捉時間)相比較。 我們判斷的依據是:若r p,t 〇 t a 1 > τ η,t 〇 t a 1,則電 子會較快進入量子井二維能階,而形成靠N - s i d e處 較高的電子濃度,而後進入量子井二維能階的電洞, 會大致照電子的分佈而做出類似的分佈,故二維載子 濃度在靠N-side的量子井較高;相反的若τη,total
525306 _案號90109399_年月日 修正 五、發明說明(7) > r p, total 而形成靠P - s 井二維能階的 的分佈,故二 ;在兩者相較 質量使得其對 若電子為優勢 勻,故其頻寬 c ·載子在量子井 的速率,也就 維能階密度有 捉載子的能力 就會影響載子 若欲得到更寬 在所設計的多 一些此類元件 d ·有下列因素會 1 ·量子井底 不同寬度 經由二維 載子的能 優勢載子 井的二維 分佈的均 子井,便 ,子 階量 能入 維進 二後 井而 子, 量度 入濃 進洞 快電 較的 會高 洞較 電處 TUJ. Θ 貝 i 夂高^ 類較等U井的 做,重 子 而Μ較 量 佈々其 分e, 的id子 洞-S載 電P勢 照靠優 致在為 大度洞 會濃電 ,子若 子載, 電維下 •,均 好較 較會 性佈 特分 度的 溫内 故井 , 子 低量 較在 性子 感載 敏其 的, 度子 溫載 捉 捕 井 子 量 被 子 載 即 度 勻 均 。之 寬佈 更分 會内 二捕 的其 井, 子高 量越 與度 力密 能階 bb 白 A月 子維 載二 捉的 捕井 井子 子量 量; 是關 定形 決情 的佈 子分 β ^ -ρ5· /θ^ 勢内 優井 述子 上量 合層 配多 再度 ,寬 強同 越不 就在 中 井 子 , 量 譜度 頻寬 光同 發不 的層 佈 分 的 勻 均 能 子 載 使 要 就 牲 犧 會 卻 此 如 但 度 勻 均 。的 率佈 效分 光内 發井 如子 , 量 性在 特子 七β 發響 的影 層會 多成 與組 度料 寬材 井, 子析 量分 ,據 成根 組; 料序 材順 的之 障井 位子 及量 限括 侷包 井C 子佈 量分 響的 影子 ,β JVJ— 係維 關二 度終 密最 階響 能影 維而 三 , 與力 子子 量載 響及 影佈 會分 度子 寬載 的其 井響 子影 量而 而進 ο 5 }度 擇密 選階 匕匕 /9^月 量配 的再 度, 寬序 同順 不的 、井 料子 材量 同度 不寬 有同 若不 且層 •, 性以 勻可
第10頁 525306 _案號90109399_年月曰 修正__ 五、發明說明(8) 合優勢載子的決定來影響量子井捕捉載子的能力 ,進而影響載子分佈的均勻性。 請參閱第四圖,係為量子井之能量與能階密度關 係圖。如圖所示:不同的拋物線代表不同的材料 _ ,也就是不同的三維能階密度,量子井之能階成 步階函數的形狀,但要注意在量子井能階能量時 · ,二維能階密度與三維能階密度幾乎重合;3 D 與3D>為不同材料,而E1與E1 /為不同量 子井寬度,若設計的量子井量化能階差不多,則 二維能階密度的差別主要來自實體材料組成時之 差異;且能階密度會影響量子井捕捉載子的能力馨 ,所以會影響二維載子分佈的均勻性,由此可和 ,二維能階密度與量子井寬度、量子井之材料組 成有極大的關係,在設計時需詳加考慮。 2 ·位障的寬度及高度:根據研究,在其所設計的多 層量子井結構内,量子井間的位障越寬,其多層 量子井間的載子分佈越均勻,而量子井位障的高 度越低,其量子井内的二維載子分佈也就越均勻 〇 三·利用上述原則設計出代號為0 4 2 9 1雷射二極體的 磊晶結構示意圖一、二,即第五圖、第六圖所示:係 以兩種不同材料、不同寬度量子井的設計,而兩量子· 井材料分別為·
InO. 67GaO. 33AsO. 72P0. 28 及 I η 0· 53Ga 0· 47 As, 其位障材料為: ^
第11頁 525306 _案號 90109399_年月日____ 五、發明說明(9)
InO· 86GaO·14As0· 3P0.7 , 且預計其發光分別在1 . 3微米及1 . 5 5微米。 而04 2 9 1雷射二極體在不同的電流導通下,透過 發光頻譜可以看到1. 3微米及1. 5 5微米的逐漸發光( 、 如第七圖所示),其範圍涵蓋了從1. 3微米及1. 5 5微 米之區域,甚至跨越了該範圍,而其頻寬更達2 8 5. 5 ' nm (請參閱第八圖,係為發光頻譜對電流之關係圖。 如圖所示),該頻寬是目前所知發光頻寬最寬的。 而經設計後S C Η區域,其結構中的優勢載子係為電 子,且就上所述,因優勢載子係為電子及靠近Nside 的111〇.53〇3〇.47人3量子井,其捕捉載子能力較111〇.67_ GaO. 33AsO. 7 2P0. 28量子井差的特性,我們即可得知 載子在此一多層量子井内的分佈是頗均勻的。 若設計以電洞為優勢載子之不同寬度的多層量子井, 則電洞在分離侷限異質結構内擴散的時間必須小於電子被 量子井捕捉的等效時間,由(1 )式中可以看出這和分離 異質侷限結構的材料組成與長度有關,經由適當的調整材 料組成與長度,就可以設計出以電洞控制二維載子分佈的 不同寬度多層量子井結構。 若我們仍採用04 2 9 1即第五圖所示的量子井寬度 與材料組成,僅改變分離侷限異質結構長度,則若靠N -s i d e處之分離侷限異質結構的長度不變,而僅改變靠P ♦ -side處之分離侷限異質結構長度時,其長度需小於65nm ;若兩側之分離侷限異質結構的長度均改變時,其長度需 小於4 Onm,如此的結構是由電洞控制二維載子之分佈,具 /
第12頁 525306 _案號 90109399_年月日___ 五、發明說明(10) 有較佳的溫度特性與調變頻寬,但也由於載子的分佈均勻 性較差,故其發光頻譜可能較差。 綜上所述,誠可見本發明針對半導體光電元件之發光 頻寬技術,係可利用不同寬度多層量子井以及適當的排列 順序和控制分離侷限異質結構(SC Η )長度而達到,並能充 分發揮其預期之功效,且其製作步驟之運用亦係出於率先 首創,故已符合發明技術思想之高度創作要屬無疑,惟依 法申請發明,並請 鈞局惠予詳審賜予專利,實感德便。
雖本發明以一較佳實施例揭露如上,但並非用以限定 本發明實施之範圍。任何熟習此項技藝者,在不脫離本發 明之精神和範圍内,當可作些許之更動與潤飾,即凡依本 發明所做的均等變化與修飾,應為本發明專利範圍所涵蓋 ,其界定應以申請專利範圍為準。
第13頁 525306 _案號 90109399_年月日_iMz__„_ 圖式簡單說明 圖式簡單說明: 第一圖係為現今光纖之吸收頻譜圖。 第二圖係為量子井底與位障材料相同,而量子井寬度不同 之多層量子井,其量化能階示意圖。 第三圖係為材料及量子井寬度都不同的多層量子井設計之 不意圖。 第四圖係為量子井之能量與能階密度關係圖。 第五圖係為0 4 2 9 1雷射二極體的磊晶結構示意圖一。 第六圖係為0 4 2 9 1雷射二極體的磊晶結構示意圖二。 第七圖係為在不同電流下0 4 2 9 1雷射放大器發光頻譜
〇 第八圖係為發光頻譜對電流之關係圖。
第14頁
Claims (1)
- 525306 _案號90109399 年月日 修正_ 六、申請專利範圍 1 · 一種利用不同寬度多層量子井增加半導體光電元件發 光頻寬之方法,其主特徵係在於: 以不同分離侷限異質結構區域的長度,製作出由電洞 或電子控制二維載子分佈不同寬度的多層量子井結構藉由上述技術,可製作出半導體光放大器/高功 率二極體/雷射等同一元件,且包含具有寬頻、較佳 的溫度及較好的調變等特性,並可將雷射可調變的波 長幅度擴充的非常寬,對於光通訊系統的測試極為方 便,也可直接應用於系統中,用以取代其他多樣性的 元件,降低系統整合所需的成本者。 2 ·如申請專利範圍第1項所述利用不同寬度多層量子井 增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中,利用不 同寬度量子井的能階,係可將欲發光之波長,以不同 寬度的多層量子井的堆疊,而達到設計寬頻結構的目 的。 3 ·如申請專利範圍第2項所述利用不同寬度多層量子井 增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中,這些不 同寬度量子井的井底及位障材料係為相同者,該較寬 的量子井,其量子化能階較低、發光波長較長,而較 窄之量子井其量子化能階較高、發光波長較短。4 ·如申請專利範圍第3項所述利用不同寬度多層量子井 增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中,量子井 欲達到相同的增益時,其較寬的量子井所需的載子濃第15頁 525306 _案號90109399_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 度較低。 5 ·如申請專利範圍第2項所述利用不同寬度多層量子井 增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中,係可利 用不同材料組成的不同寬度多層量子井,設計其發光 波長不同,但是其量子化能階相近頻寬可大幅增寬, 且在增益大於零之處,使其增益值相當一致者。 6 ·如申請專利範圍第2項所述利用不同寬度多層量子井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中,較高能 階的量子井所發出之光能量較高,會被較低能階的量 子井再度吸收,故設計多層不同寬度量子井的數目時 ,較高能量的量子井數目應該較多。 7 ·如申請專利範圍第1項所述利用不同寬度多層量子井 增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中,該分離 侷限異質結構的長度,係由在半導體量子井結構中, 以電流分別由P接點與N接點注入,用以激發量子井 結構中的電子電洞對,並經由分離侷限異質結構進入 主動區並結合發光,所以載子在分離侷限異質結構區 域中移動的速度,決定其控制量子井内二維載子的能 力。 8 ·如申請專利範圍第7項所述利用不同寬度多層量子井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中,若電子 較快進入量子井内,則電子為控制量子井内二維載子 的優勢載子。 9 ·如申請專利範圍第7項所述利用不同寬度多層量子井第16頁 525306 _案號90109399_年月日_魅_ 六、申請專利範圍 增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中,最終的 二維載子分佈將依據電子的空間分佈,並根據電荷中 性的原則做出對應的分佈,電洞為優勢載子的情況亦 缺 〇 1 0 ·如申請專利範圍第1項所述利用不同寬度多層量子 井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中,係 利用以下簡單的模型可以判斷何種載子為優勢載子 τπ = τρ㈣洫 + + τ哪,ρ + = + (1)式子中dp(dn)代表電洞(電子)要擴散到量子井所 需移動的距離(即分離侷限異質結構區域的長度),D p與D η為材料的擴散係數,W是量子井的寬度, d ρ I* c ρ和d η I* c η是根據量子力學所得到之捕捉時間 ,故等號右邊的四項時間分別係為:電洞在分離侷 限異質結構區域中之擴散時間、電子在分離侷限異 質結構區域中之擴散時間、電洞被量子井捕捉的等 效時間以及電子被量子井捕捉的等效時間,在此 為了考慮未被量子井捕捉的載子堆積在分離侷限異 質結構區域中,使得擴散時間加長,必須注意載子 的等效捕捉時間為:量子力學所計算出的捕捉時間 乘上一體積比dp(dn)/W。 1 1 ·如申請專利範圍第1 0項所述利用不同寬度多層量 子井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中,第17頁 525306 案號 90109399 年 月 曰 修正 六、申請專利範圍 係將上式中的電洞部份時間(電洞擴散+電洞等效 捕捉時間)係設為電洞由注入分離偈限異質結構區 域到被量子井捕捉進入二維能階的時間I* p,t 〇 t a 1 =rp,diffusion + rcap,p,與電子由注入分離侷 限異質結構區域到被量子井捕捉進入二維能階的時 間 z*n,total = rn, diffusion + r cap, p (電子 擴散+電子等效捕捉時間)相比較。 1 2 ·如申請專利範圍第1 0項所述利用不同寬度多層量子井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中, 若rp,total > rn,total,則電子會較快進入量 子井二維能階,而形成靠N - s i d e處較高的電子濃 度,而後進入量子井二維能階的電洞,會大致照電 子的分佈而做出類似的分佈,故二維載子濃度在靠 N-side的量子井較高。 1 3 ·如申請專利範圍第1 0項所述利用不同寬度多層量 子井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中, 若τ η,t 〇 t a 1 > r p,t 〇 t a 1 ,貝1J電洞會較快進入量 子井二維能階,而形成靠P - s i d e處較高的電洞濃 度,而後進入量子井二維能階的電子,會大致照電 洞的分佈而做出類似的分佈,故二維載子濃度在靠 P-side的量子井較高。1 4 ·如申請專利範圍第1 0項所述利用不同寬度多層量 子井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中, 若電洞為優勢載子,其較重的等效質量使得其對溫第18頁 525306 _案號90109399_年月日_魅_ ♦ 六、申請專利範圍 度的敏感性較低,故溫度特性較好。 1 5 ·如申請專利範圍第1 0項所述利用不同寬度多層量 子井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中, 若電子為優勢載子,其載子在量子井内的分佈會較 β 均勻,故其頻寬會更寬。 1 6 ·如申請專利範圍第1 0項所述利用不同寬度多層量 · 子井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中, 載子在量子井内分佈之均勾度,即載子被量子井捕 捉的速率,量子井的二維能階密度越高,其捕捉載 子的能力就越強,再配合上述優勢載子的決定,就 會影響載子在不同寬度多層量子井内的分佈情形。 1 7 ·如申請專利範圍第1 0項所述利用不同寬度多層量 子井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中, 係利用材料之組成且經由二維與三維能階密度關係 ,來影響量子井侷限載子的能力,而影響最終二維 載子的分佈,包括優勢載子的選擇。 1 8 ·如申請專利範圍第1 0項所述利用不同寬度多層量 子井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中, 係以量子井的寬度,來影響量子井的二維能階密度 ,進而影響其載子分佈及載子分佈的均勻性者。 1 9 ·如申請專利範圍第1 0項所述利用不同寬度多層量 子井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中,· 係以不同材料、不同寬度的量子井,來形成多層不 同寬度量子井的順序,再配合優勢載子的決定來影第19頁 525306 案號 90109399 年 月 曰 修正 六、申請專利範圍 響量子井捕捉載子的能力,進而影響載子分佈的均 勻性。 2 0 ·如申請專利範圍第1 0項所述利用不同寬度多層量 子井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中, 二維能階密度與量子井寬度、量子井之材料組成有 極大的關係,若以不同材料、不同量子井寬度來設 計量子井,其量化能階差不多時,則二維能階密度 的差別主要來自實體材料組成時之差異,且能階密 度會影響量子井捕捉載子的能力,且會影響二維載 子分佈的均勻性,2 1 ·如申請專利範圍第1項所述利用不同寬度多層量子 井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中,在 其所設計的多層量子井結構内,量子井間的位障越 寬,其多層量子井間的載子分佈越均勻,而量子井 位障的高度越低,其量子井内的二維載子分佈也就 越均勻。 2 2 ·如申請專利範圍第1項所述利用不同寬度多層量子 井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中,該 半導體光電元件係為半導體光放大器/向功率二極 體/雷射等,適用於光通訊系統發光頻寬之三五族 者。2 3 ·如申請專利範圍第1項所述利用不同寬度多層量子 井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中,所 設計之不同寬度多層量子井,係由半導體元素成份第20頁 525306 _案號90109399_年月曰 修正_ ^ 六、申請專利範圍 組成的量子井種類或寬度包含有兩種及以上者。 2 4 ·如申請專利範圍第2項所述利用不同寬度多層量子 井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中,該 量子井種類或寬度的特性,是可以有兩種以上的基 β 態能階,而此兩種以上基態能階又分別對應不同的 發光波長者。 · 2 5 ·如申請專利範圍第2 4項所述利用不同寬度多層量 子井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中, 不同種類的量子井,其基態能階差以不超過70meV 為限者。 2 6 ·如申請專利範圍第1 1項所述利用不同寬度多層量 φ 子井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中, 每一類量子井,其量子化之能階可以有一個以上, 致使所有多層量子井對應之整體發光波長涵蓋從1 .3微米到1 . 5 5微米者。 2 7 ·如申請專利範圍第2 0項所述利用不同寬度多層量 子井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中, 在以載子分佈的均勾性為主時,其之優勢載子注入 側的量子井能階密度,應較背離優勢載子注入側的 量子井能階密度小者。 2 8 ·如申請專利範圍第1項所述利用不同寬度多層量子 井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中,每· 一類量子井的數目多寡,係由該類量子井的淨總體 增益值決定,所有不同寬度多層量子井之總數以不第21頁 525306 _案號90109399_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 超過1 0個為限者。 2 9 ·如申請專利範圍第2 6項所述利用不同寬度多層量 子井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中, 該發光波長約為1. 3微米,其使用的量子井材料係 包含有三五族二元及四元半導體者。 3 0 ·如申請專利範圍第2 6項所述利用不同寬度多層量 子井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中, 該發光波長約為1. 5 5微米,其使用的量子井材料 係包含有三五族三元及四元半導體者。 3 1 ·如申請專利範圍第1項所述利用不同寬度多層量子井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中所提 設計之每一類量子井,其數目可以是一個或多個, 其數目的多寡除由該類量子井的淨總體增益值決定 ,目的是使得在某注入電流下,其對應波長之增益 值和其他類量子井之增益值大小相當。 3 2 ·如申請專利範圍第3 1項所述利用不同寬度多層量 子井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中, 當發光波長最長之量子井之數目為N時,若發光 波長較短之量子井與發光波長較長之量子井的發光 能量差在2 0 0 m e V以下’則發光波長較短之量子井 之數目應比發光較長之量子井的數目多1個,為(N + 1 )個。 3 3 ·如申請專利範圍第7項所述利用不同寬度多層量子 井增加半導體光電元件發光頻寬之方法,其中,該第22頁 525306 _案號90109399_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 多層量子井結構内控制二維載子分佈的優勢載子, 係經由分離侷限異質結構的長度與材料組成及量子 井寬度與材料來決定電洞或電子。
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