电子产品世界

1.量子阱结构设计

多量子阱吸收区的设计主要应考虑阱宽、垒宽、阱深和阱的数目的选取。吸收区中所采用的异质结构为 GaAs/Ga1-xAlxAs材料系的多量子阱，组分x取为0.3左右。阱宽的选择首先应考虑使激子吸收峰处于工作波长附近 。我们所研制的SEED器件工作波长要求在850～860 nm范围，根据理论计算，取阱宽为10 nm，此时重空穴激子吸 收峰在850 nm附近。另一方面，量子阱限制Stark效应所引起的激子吸收峰红移随阱宽的增加而增大，因此适当增 加阱的宽度可以增强QCSE效应。但阱宽也不能太大，对于GaAs材料，当阱宽接近或大于30 nm(三维激子直径)时 ，量子阱材料就接近或变成体材料了。因此在受阱宽影响的红移效应和量子尺寸效应之间应做折中选择，一般认 为取5～15 nm为宜。在势垒宽度的设计中，由于是多量子阱结构，所以应注意避免阱间电子、空穴波函数的耦合 。势垒过窄，阱间耦合加强，使激子峰展宽;势垒过宽会增大i区长度，使GaAs阱区的有效吸收长度所占比例减少 ，一般选取4～8 nm。

为了增加吸收区长度，一般采用多周期的量子阱结构，其周期数目的设计原则是量子阱数目既不能过少，也不 应过多。阱数过少，对入射光的吸收不够大，不容易提高对比度;阱数过多一方面使损耗增大，另一方面光束在 阱区内就已被全部吸收掉，多余的量子阱将造成不必要的浪费。另外，过多的量子阱还会使i区长度过大，需要加 较高的反向偏压才能使空间电荷区耗尽，这样会增大工作电压，同时也不利于对比度的提高。

在设计SEED器件时，外加电场为零时e￣hh的位置是比较重要的，它决定了器件的工作波长，激光器的波长必须 与之匹配。表1给出了不同阱宽的GaAs/AlO.3Ga07As量子阱零外场下电子和轻重空穴的本征能量和e-hh峰对应 的波长。

表1 不同阱宽的GaAs/AlO.3GaO.7As量子阱外加电场为零时，电子和轻重空穴的本征能量和e-hh峰能量和波长(GaAs禁带宽度取为1.424 eV，激子束缚能取8 meV)

由于用于倒装焊的SEED器件底部没有DBR反射层，而是靠器件表面的金属作反射镜，反射率比较低。器件一般在 顶部镀减反膜以消除非对称法布里-珀罗(ASFP)腔谐振吸收作用，因为衬底腐蚀掉后，SEED器件本身只有1～2 μm的厚度，腐蚀引入的不均匀性很难使ASFP腔的模式处在同一个位置。考虑到不能利用ASFP腔的吸收增强作用来 增大吸收和提高对比度，因此，为了增大i区的吸收适当增加了量子阱的数目(取为90)，同时降低量子阱势垒的 厚度(取为4 nm)，以降低工作电压。图1是所设计的适用于倒装焊的SEED器件量子阱结构。其中底部的AlAs层是 用来腐蚀衬底时作腐蚀停止层用的，厚度取137 nm是考虑到有可能采用AlAs的氧化工艺制作减反膜，因而AlAs厚 度取三氧化二铝的1/4波长厚。量子阱宽度取8.5 nm，对应的e￣hh峰波长，根据表1取为847 nm左右;器件常通 工作，其工作波长一般应大于e-hh峰7 nm，即在854 nm工作波长，与常用的850 nm工作波长相比，工作波长变长 了，虽然减小阱宽可以减小工作波长，但阱宽小时，量子限制Stark效应减弱，因而设计时还是采用了较长的工作 波长。由于器件顶部镀减反膜，反射率R可表示为：R=Rbe-2ad为金属镜的反射率，设为90%，假设加电场时的吸 收系数为1 0 000/cm，则低态反射率：RL=20%;设外场为零时的吸收系数为2500/cm，则高态反射率：RH=61% 。相应器件对比度大约为3，高低态反射率差为41%。

图1 适用于倒装焊的SEED it件量子阱结构

2.光荧光谱测量

对于用于倒装焊的SEED器件，由于底部没有高反射率的DBR，一般可采用光荧光谱的方法确定其激子峰位置。图2 为所测量的室温光荧光谱，图中测量了11个点，从外延片的一端测到另一端，点的间距大约为3～5 mm。图中同时 标出了测量点的激子峰位置。从图中所示的e-hh峰位置可看出，不同位置处e-hh峰有较大的差异，主要是因为生 长时衬底没有旋转，造成阱宽的差异。样片中间位置处e-hh峰大约在845 nm左右，与设计值847 nm基本一致，只要选取材料的适当区域，可制备出满足设计要求的器件。

图2 室温光荧光谱

关键词： 量子 外延 材料 结构 于倒装 研制 适合 SEED