[发明专利]一微米波长THz辐射发射芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种THz辐射发射芯片及其制作方法，特别是指一微米波长THz辐射发射芯片及其制作方法。

背景技术

太赫兹(THz，1THz＝1012Hz)频段是指频率从0.3THz到10THz、介于毫米波与红外光之间的电磁辐射区域。长期以来，由于电子学器件实现的电磁波很难超过100GHz，而半导体激光器波长很难达到中红区域，加上缺乏有效的THz检测方法，人们对于该波段电磁辐射性质的了解非常有限，以致于该波段被称为电磁波谱中的THz空隙，也是电磁波谱中有待进行全面研究的最后一个频率窗口。近年来TH z技术之所以引起人们的广泛关注，是由于物质的THz光谱(包括发射、反射和透射)包含有丰富的物理和化学信息，在物体成像、环境监测、医疗诊断、射电天文、宽带移动通讯、卫星通信和军用雷达等方面具有重大的科学价值和广阔的应用前景。目前产生THz辐射最常用的方法是采用超短脉冲激光激发偏置电场或者磁场作用下的半导体而产生的，如可将飞秒自由电子激光器照射未掺杂的InAs或者GaAs晶片。近年来出现一种低温生长GaAs薄膜结合布拉格反射镜的电场偏置的TH z辐射半导体芯片，适用于800nm钛宝石飞秒激光器进行激发，该芯片在激光器中可兼作为腔镜和自启动锁模吸收体，实现的THz辐射效率高并且输出功率大。但钛宝石飞秒激光器本身造价高昂，输出功率小，限制了系统的发展。最近几年，采用半导体可饱和吸收镜直接进行被动锁模(钛宝石飞秒激光器中吸收镜只起自启动作用)的掺镱一微米波长飞秒固体激光器(或者光纤激光器)已经逐渐成熟。这类飞秒激光器价格仅相当于钛宝石激光器的几分之一，而且输出功率大，结构简单且易于维护，是适合于产生THz辐射的理想飞秒激光光源。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种一微米波长THz辐射发射芯片及其制作方法，特指一种适合一微米波长飞秒激光激发的低温生长InGaAs薄膜结合布拉格反射镜的电场偏置的一微米波长THz辐射发射芯片及其制作方法，该发射芯片及其制作方法采用GaO.5AsO.5P应变补偿层夹在量子阱的In 0.25Ga 0.75 AsGaAs阱区和GaAs垒区之间，通过选择一定厚度，使得单量子阱的应变量大大减少，从而也使得多量子阱的应变大大减少，保证器件的正常使用。

本发明一种一微米波长THz辐射发射芯片，其特征在于，包括：

一衬底；

一缓冲层，该缓冲层制作在衬底上；

一布拉格反射镜，该布拉格反射镜制作在缓冲层上，形成一高反射率的反射镜；

多量子阱，采用低温生长技术将多对应变补偿的量子阱制作在布拉格反射镜上，该多量子阱包括多对应变补偿的单量子阱，该多量子阱起光吸收和光生载流子弛豫的作用；

一对Ti-Au电极，该电极为带状电极，该Ti-Au电极制作在多量子阱上，该Ti-Au电极通电后起电流偏置，增强THz辐射的作用。

其中多量子阱包括：

一下垒层；

一补偿层，该补偿层制作在下垒层上；

一吸收区，该吸收区制作在补偿层上；

一上垒层，该上垒层制作在上垒层上。

其中所述衬底的材料为n+GaAs衬底。

其中所述吸收区的材料为In 0.25  Ga 0.75As。

其中所述的补偿层的材料为Ga 0.5  As 0.5P。

其中多量子阱为5-10对。

其中缓冲层的厚度为200nm-500nm。

其中每对量子阱吸收区的厚度为8nm-10nm。

其中采用低温生长技术在布拉格反射镜上制作的吸收区的生长温度为500℃-550℃。

其中每对量子阱补偿区的厚度为10nm-12nm。

其中两条带状Ti-Au电极，电极的宽度为10-20μm，两个电极相距50-100μm。

本发明一种一微米波长THz辐射发射芯片的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：取一衬底；

步骤2：在该衬底上生长一层缓冲层；

步骤3：在缓冲层上生长一布拉格反射镜，形成一高反射率的反射镜；

步骤4：在布拉格反射镜上采用低温生长技术制作一量子阱；

步骤5：在量子阱的外表面，制备有两条带状Ti-Au电极，完成器件的制作。

其中多量子阱的制作包括：

在布拉格反射镜上依次制作一下垒层、一补偿层、一吸收区、一上垒层。

其中所述衬底的材料为n+GaAs衬底。

其中所述吸收区的材料为In 0.25  Ga 0.75As。