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《InGaAsInAlAs多量子阱电吸收光调制器》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第19卷第1期半导体学报Vol.19,No.11998年1月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSJan.,19983InGaAsöInAlAs多量子阱电吸收光调制器王健华金峰俞谦孙可李德杰(清华大学电子工程系集成光电子学国家重点实验室北京100084)蔡丽红黄绮周钧铭(中国科学院物理研究所北京100080)王玉田庄岩(中国科学院半导体研究所国家光电子工艺中心北京100083)摘要用国产MBE设备生长出与InP衬底晶格匹配的InGaAsöInAlAs多量子阱材料,并对材料的量子限制Stark效应及其与光偏振方向有关的各向异性电
2、吸收特性进行研究.用该种材料制作的脊波导结构电吸收调制器在214V驱动电压下实现了20dB以上消光比,光3dB带宽达3GHz.PACC:4280K,4280S,78651引言光调制器是光纤通信系统中的重要器件,用半导体量子阱材料制作的电吸收型光强度[1]调制器具有驱动电压小、调制速率高、频率啁啾小、易于和半导体激光器单片集成等优点.多量子阱(MQW)电吸收型光调制器利用的是量子限制Stark效应(QCSE),即当量子阱区[2]存在垂直于阱壁方向的电场时,它的吸收带边会发生红移.在众多的半导体多量子阱材料中,与InP衬底晶格匹配的In0.53Ga0.
3、47AsöIn0.52Al0.48AsMQW材料具有独特的优点.它的吸收带边在光通信所用的1155Lm附近;其价带不连续小,光生空穴泄放快,比InGaAsP材[3]料有更大的饱和吸收光强,近年来在国际上得到广泛重视.此外,利用调制器的非线性调制特性可以产生超短光脉冲链,并进而用于生成光孤子.相比于其它一些生成光孤子的方3本课题为863高技术计划和国家自然科学基金资助项目王健华女,1946年出生,副教授,目前主要从事半导体光电子器件的材料特性评价及器件研制金峰男,1970年出生,硕士研究生毕业,目前在美国读博士俞谦男,1972年出生,博士研究生199
4、6212206收到,1997202215定稿44半导体学报19卷[4,5]法,这种方法比较简单,而且有高度的灵活性与可靠性.本研究利用国产分子束外延(MBE)设备生长出高质量In0.53Ga0.47AsöIn0.52Al0.48AsMQW异质结构材料,并通过X射线双晶衍射及吸收光电流谱测量等手段,对材料特性进行深入研究.在此基础之上制作出电吸收光调制器,并对器件性能进行测量与分析.2材料生长与特性测量2.1材料生长本文所用InGaAsöInAlAsMQW材料是在中国科学院物理研究所的国产IV型MBE设备上生长的,衬底为掺硫的n型InP衬底,外延层为
5、p2i2n结构.在InP衬底上首先生长18-3厚度为200nm的n型(N=1×10cm)InAlAs下包层,然后是不掺杂的12个周期的In218GaAsöInAlAsMQW结构,阱宽和垒宽均为815nm,接着是115Lm厚的p型(P=1×10-319-3cm)InAlAs上包层,最后是100nm的p型高掺杂(P=1×10cm)InGaAs电极接触层.2.2X射线双晶衍射测量由于InAs与GaAs(或AlAs)的晶格常数相差较大(约7%),InGaAs与InAlAs中In组分必须严格控制在与InP匹配的组分附近,因此对材料生长要求很高.X射线双晶衍射
6、提供了评价材料生长质量的有力手段.图1为利用国家光电子工艺中心的日本RigakuSLX21AX射线双晶衍射仪测量的样品材料在InP衬底(004)晶面Bragg反射峰附近的X射线衍射图.图中横坐标为2倍Bragg角,纵坐标为衍射强度的对数.其中No.5为InP衬底(004)晶面衍射峰;+No.3和No.4峰分别对应于p2In2GaAs和p2InAlAs层;No.6为MQW图1MQW材料在InP(004)反射峰零级峰;No.7和No.2分别为MQW附近的X射线双晶衍射图n=+1和n=-1的卫星峰;No.1为MQWn=+3的卫星峰.其中n=±1卫星峰关于
7、零级峰完全对称.图中看不到n=±2卫星峰,是因为所设计量子阱材料的阱、垒宽度相同,致使2级卫星峰出现消光.从X射线双晶衍射图上各衍射峰的位置,可推算出样品各层的晶格匹配情况与组分,计算结果如下:表1样品各外延层晶格失配情况与对应In组分偏差$HE⊥E∥In组分偏差MQW0.048°-1.4×10-3-7×10-4-0.01P2InAlAs-0.031°8.8×10-44×10-4+0.006P+2InGaAs-0.080°2.3×10-31.2×10-3+0.0171期王健华等:InGaAsöInAlAs多量子阱电吸收光调制器45表中$H为外延层B
8、ragg角与InP衬底(004)晶面的Bragg角HB之差;E⊥和E∥分别为外延层-3在垂直和平行外延层方向上的晶格失配度
