[发明专利]一种半导体量子点子能级发光器件

说明书

技术领域

本发明属于半导体发光技术领域，特别是涉及一种半导体量子点子能级发光器件。

背景技术

量子级联激光器，是将量子裁剪和量子物理用于设计新型半导体带跃迁激光器的典范，由于现代材料生长技术如分子束外延（MBE）或金属有机化学气相沉积（MOCVD）可以在原子尺度上控制材料层的生长，到目前为止已有多种材料系统实现了量子级联激光器器件的生长，如InGaAs/AlGaAs与GaAs/AlGaAs体系。量子级联激光器技术的快速发展为中远红外波段和太赫兹波段的提供了高功率的光源。中远红外波段和太赫兹波段技术在基础研究（电磁学、光学、半导体物理学、光电子学）和实际应用（成像，安检，通讯，医疗检测）等领域呈现了广阔的应用前景。

然而量子级联激光器往往只能工作在低温环境下，需要采用液氮制冷装置。同时，量子级联激光器自身的发光效率较低。于是，去探索并发明一种新型的远红外太赫兹波段激光就很有必要了。

发明内容

鉴于传统的量子级联激光器工作温度较低，且发光效率较低。我们提出一种新的远红外和太赫兹光源器件及其实现方法，这一器件在室温或准室温下也可以工作，且发光效率较高。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

一种半导体量子点子能级发光器件，其特征在于：其结构为n型掺杂的GaAs衬底层，在所述的GaAs衬底层上通过分子束外延技术或者金属有机化学气相沉积依次逐层生长的：

Al组分0-0.2变化的AlGaAs层，用于为量子点层注入电子，同时可以对能级进行调制；

AlGaAs缓冲层，其中Al组分固定为0.2； 

多层的AlAs或GaAs，InAs周期结构；

在多层周期结构上沉积一层未掺杂的GaAs缓冲层；

n型掺杂的GaAs上电级层；

其中最上的GaAs上电极层和最下面的n型掺杂GaAs衬底层，用于在制备完器件后，测试器件的电压-电流曲线，从而来确认器件的有效性，同时也可以用于量子点能级的调控。

其进一步特征在于：所述的多层周期结构中，AlAs或GaAs势垒层和InAs量子点层，采用MBE沉积，短时间沉积，且由于InAs和AlAs或GaAs的晶格不匹配，将会形成量子点层。

优选的：所述多层周期结构大于20层。

进一步的：所述半导体量子点子能级发光器件采用光泵浦或电注入方式发光。

本发明的量子点发光器件能够在室温或准室温的条件下工作，工作温度接近300 K，无需制冷设备或者仅需要半导体热电制冷器进行制冷。本发明的量子点发光器件还能够在远红外和太赫兹波段产生激光，且发光效率高。

附图说明

图 1 为本发明结构示意图。

图 2 为本发明原理图。

图 3 为电注入的半导体量子点子能级带发光器件示意图。

具体实施方式

如图1所示一种半导体量子点子能级发光器件，其结构为n型掺杂的GaAs衬底层，在所述的GaAs衬底层上通过分子束外延技术或者金属有机化学气相沉积依次逐层生长的：

Al组分0-0.2变化的AlGaAs层，用于为量子点层注入电子，同时可以对能级进行调制；

AlGaAs缓冲层，其中Al组分固定为0.2； 

多层的AlAs或GaAs，InAs周期结构；

在多层周期结构上沉积一层未掺杂的GaAs缓冲层；

n型掺杂的GaAs上电级层；

其中最上的GaAs上电极层和最下面的n型掺杂GaAs衬底层，用于在制备完器件后，测试器件的电压-电流曲线，从而来确认器件的有效性，同时也可以用于量子点能级的调控。

所述的多层周期结构中，AlAs或GaAs势垒层和InAs量子点层，采用MBE沉积，短时间沉积，且由于InAs和AlAs或GaAs的晶格不匹配，将会形成量子点层。

优选的：所述多层周期结构大于20层。

所述半导体量子点子能级发光器件采用光泵浦或电注入方式发光。

光泵浦的量子点发光器件原理在于，处于基态或是价带中的电子被入射激光泵浦到高能级或是导带顶上，而后从高能级掉落到第能级，能量降低，发出光子。

多周期结构中，AlAs/InAs或GaAs/InAs厚度，由需要发出的激光波长来设计。

对于电注入的半导体量子点子能级带发光器件，器件由多周期结构组成的，加上电场后，能带倾斜，其单独周期工作示意如图3所示的，其中具体包含：