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1、(10)申请公布号 CN 102832538 A (43)申请公布日 2012.12.19 C N 1 0 2 8 3 2 5 3 8 A *CN102832538A* (21)申请号 201210333043.2 (22)申请日 2012.09.10 H01S 5/30(2006.01) (71)申请人中国科学院半导体研究所 地址 100083 北京市海淀区清华东路甲35 号 (72)发明人倪海桥 丁颖 李密锋 喻颖 査国伟 牛智川 (74)专利代理机构中科专利商标代理有限责任 公司 11021 代理人汤保平 (54) 发明名称 多层量子点隧道结串联的有源区宽带增益结 构 (57) 摘要 一。
2、种多层量子点隧道结串联的有源区宽带增 益结构，包括：一衬底；一N型掺杂的光学兼载流 子限制层，其生长在衬底上；一多周期下量子点 层，其制作在N型掺杂的光学兼载流子限制层上； 一隧道结中的P型重掺杂层，其生长在多周期下 量子点层上；一隧道结中的N型重掺杂层，其生长 在隧道结中的P型重掺杂层上；一多周期上量子 点层，其制作在隧道结中的N型重掺杂层上；一P 型掺杂的光学兼载流子限制层，其生长在多周期 上量子点层上。本发明提供的用于宽谱光放大的 多层量子点隧道结串联的有源区宽带增益结构， 可以很好的解决量子点层数受限制的问题。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (19)中华。
3、人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 1/1页 2 1.一种多层量子点隧道结串联的有源区宽带增益结构，包括： 一衬底； 一N型掺杂的光学兼载流子限制层，该N型掺杂的光学兼载流子限制层生长在衬底 上； 一多周期下量子点层，该多周期下量子点层制作在N型掺杂的光学兼载流子限制层 上； 一隧道结中的P型重掺杂层，该隧道结中的P型重掺杂层生长在多周期下量子点层 上； 一隧道结中的N型重掺杂层，该隧道结中的N型重掺杂层生长在隧道结中的P型重掺 杂层上； 一多周期上量子点层，该多周期上量子点层制作在隧道结中的N型重掺杂层上； 一P型掺杂的光学兼载流。
4、子限制层，该P型掺杂的光学兼载流子限制层生长在多周期 上量子点层上。 2.根据权利要求1所述的多层量子点隧道结串联的有源区宽带增益结构，其中多周期 下量子点层包括依次生长的量子点层、量子点盖层和势垒层，所述多周期下量子点层与多 周期上量子点层的结构相同。 3.根据权利要求1所述的多层量子点隧道结串联的有源区宽带增益结构，其中隧道结 中的P型重掺杂层的材料为GaAs、InP、GaN、AlGaAs、InGaP或InAlGaP，所述隧道结中的P 型重掺杂层与N型重掺杂层的材料相同。 4.根据权利要求3所述的多层量子点隧道结串联的有源区宽带增益结构，其中隧道结 中的P型重掺杂层的厚度为3-30纳米，所。
5、述隧道结中的P型重掺杂层与N型重掺杂层的厚 度相同。 权 利 要 求 书CN 102832538 A 1/3页 3 多层量子点隧道结串联的有源区宽带增益结构 技术领域 0001 本发明涉及半导体光电子材料和器件技术领域，特别是涉及一种用于宽谱光放大 的多层量子点隧道结串联的有源区宽带增益结构。 背景技术 0002 随着计算机网络及其它新的数据传输业务的飞速发展，光纤通信对宽带的需求越 来越大，作为系统中的关键器件之一的光放大器，宽带宽、高增益、平坦的增益特性、高输出 功率和低噪声为其基本要求。利用量子点材料制备的半导体光放大器，可以实现多个信道 波长的同时放大和处理，同时结构简单、适于批量生产。
6、、成本低、寿命长、功耗小，还能和其 他配件集成，性能非常优越。除了在光纤通信中的应用之外，宽带光放大器及其类似结构在 超辐射管、光学相干断层扫描仪(OCT)、光纤陀螺和超短脉冲锁模激光器中有重要的应用。 0003 目前，有以下几种方法可以实现宽谱量子点光放大器。 0004 1、采用不同预应变层的方法，使得量子点发光谱增宽(参见发明专利“用于半导 体光放大器的宽增益谱量子点材料的结构，专利申请号：200910081987.3，发明专利“一种 自组织量子点为有源区的超辐射发光管”，专利申请号：02147587.3)。 0005 2、采用自组织量子点本身的不均匀性的方法实现量子点激光器的多波段激射 。
7、(参见美国发明专利“Quantum dot based semiconductor waveguide devices”，专利申请 号：20090238228)。 0006 3、利用量子点和量子阱混合的模式实现宽谱增益(参见S.M.Chen，K.J.Zhou， Z.Y.Zhang，D.T.D.Childs，M.Hugues et al.，APPLIED PHYSICS LETTERS 100， 041118(2012)。 0007 4、采用变化InGaAs应变减少层中In组分或每层中InAs的沉积量的方法获得 宽谱增益(参见L.H.Li，et al.，Phys.Stat.Sol.(b)，Vol。
8、.243，No.15，pp：3988-3992， 2006.)。 0008 通过上述各种方法，量子点的发光光谱或增益光谱已经得到了极大地拓展。但是 上述所有方法中还存在着一个突出问题，就是量子点层数是受到限制的。目前通过优化生 长参数，最优的量子点层数一般在8-12层，进一步增加量子点层数，会发生应变积累造成 的弛豫，材料质量会发生恶化。同时，量子点层数的增加，会影响电子和空穴的输运，有些量 子点得不到足够的电子和空穴对。这些问题制约了量子点光放大器的进一步发展。 发明内容 0009 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于宽谱光放大的多层量子点 隧道结串联的有源区宽带增益结构，可以很。
9、好的解决量子点层数受限制的问题。 0010 本发明提供一种多层量子点隧道结串联的有源区宽带增益结构，包括： 0011 一衬底； 0012 一N型掺杂的光学兼载流子限制层，该N型掺杂的光学兼载流子限制层生长在衬 说 明 书CN 102832538 A 2/3页 4 底上； 0013 一多周期下量子点层，该多周期下量子点层制作在N型掺杂的光学兼载流子限制 层上； 0014 一隧道结中的P型重掺杂层，该隧道结中的P型重掺杂层生长在多周期下量子点 层上； 0015 一隧道结中的N型重掺杂层，该隧道结中的N型重掺杂层生长在隧道结中的P型 重掺杂层上； 0016 一多周期上量子点层，该多周期上量子点层制作。
10、在隧道结中的N型重掺杂层上； 0017 一P型掺杂的光学兼载流子限制层，该P型掺杂的光学兼载流子限制层生长在多 周期上量子点层上。 0018 其中多周期下量子点层包括依次生长的量子点层、量子点盖层和势垒层，所述多 周期下量子点层与多周期上量子点层的结构相同。 0019 其中隧道结中的P型重掺杂层的材料为GaAs、InP、GaN、AlGaAs、InGaP或InAlGaP， 所述隧道结中的P型重掺杂层与N型重掺杂层的材料相同。 0020 其中隧道结中的P型重掺杂层的厚度为3-30纳米，所述隧道结中的P型重掺杂层 与N型重掺杂层的厚度相同。 附图说明 0021 为进一步说明本发明的技术内容，以下结合。
11、实施例及附图详细说明如后，其中： 0022 图1为多层量子点隧道结串联的有源区宽带增益结构示意图。 具体实施方式 0023 请参阅图1所示，本发明提供一种多层量子点隧道结串联的有源区宽带增益结 构，包括： 0024 一衬底1，在实施方案中可以选择常用的GaAs、InP、Sapphire等，生长方式可以采 用分子束外延或MOCVD外延技术。 0025 一N型掺杂的光学兼载流子限制层2，具体材料可以选择AlGaAs、InAlGaAs、 InGaP或InAlGaP等，该N型掺杂的光学兼载流子限制层2生长在衬底1上，掺杂浓度在 5E17-5E18/cm 3 ； 0026 一多周期下量子点层3，具体材料。
12、可以选择InAs、InGaAs、InN或InGaN等，该多周 期下量子点层3制作在N型掺杂的光学兼载流子限制层2上，所述多周期下量子点层3包 括依次生长的量子点层31、量子点盖层32和势垒层33，其中量子点盖层用于改变量子点发 光波长和改善应变状况，具体材料可以选择InGaAs、InAlAs或InGaN等； 0027 一隧道结中的P型重掺杂层4，该隧道结中的P型重掺杂层4生长在多周期下量 子点层3上，所述隧道结中的P型重掺杂层4的材料为GaAs、InP、GaN、AlGaAs、InGaP或 InAlGaP，所述隧道结中的P型重掺杂层4与N型重掺杂层5的材料相同，所述隧道结中的 P型重掺杂层4的厚。
13、度为3-30纳米，N型和P型掺杂浓度在5E18-5E19/cm3之间； 0028 一隧道结中的N型重掺杂层5，该隧道结中的N型重掺杂层5生长在隧道结中的P 型重掺杂层4上； 说 明 书CN 102832538 A 3/3页 5 0029 其中所述隧道结中的P型重掺杂层4与N型重掺杂层5的厚度相同； 0030 一多周期上量子点层6，该多周期上量子点层6制作在隧道结中的N型重掺杂层5 上；该多周期上量子点层6包括依次生长的量子点层61、量子点盖层62和势垒层63； 0031 其中所述多周期下量子点层3与多周期上量子点层6的结构相同； 0032 一P型掺杂的光学兼载流子限制层7，该P型掺杂的光学兼载流子限制层7生长在 多周期上量子点层6上，具体材料可以选择AlGaAs、InAlGaAs、InGaP或InAlGaP等，掺杂浓 度在5E17-5E18/cm 3 。 0033 以上所述的具体实施例，是对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步 详细说明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。 说 明 书CN 102832538 A 1/1页 6 图1 说 明 书 附 图CN 102832538 A 。