InGaAs%2fGaAs多量子阱谐振腔增强型光调制器结构设计.pdfVIP

2000年IO月·广西·北海 第七届全国固体薄膜学术会议 InGaAs／GaAs多量子阱谐振腔增强型 光调制器结构设计+ 邓晖梁琨陈弘达杜云唐君黄永箴吴荣汉王启明 (集成光电子学国家重点联合实验室，中国科学院半导体研究所．100083) 调制器的结构参数进行了理论分析，优化设计出适合于倒装焊工艺的谐振腔增强型光调制 器截结构。 关键词：谐振腔型光调制器，DBR，光电子器件 一、引言 谐振腔增强型(RCE)光调铜器具有波长选择、高量子效率和高响应速度的特性…。它 是将多量子阱有源区置于F--P谐振腔中构成。谐振腔使器件具有了波长选择性．处于F— P腔谐振波长的光波在谐振腔中往复振荡，使光波多次通过多量予阱区。形成光增强效应， 从而获得较高的量子效率；同时降低了光生载流子在有源区的渡越时间，提高了器件的响 应速度。而且谐振腔增强型光调制器还具有与面发射激光器(VCSEL)类似的垂直结构。这些 特点都使得谐振腔增强型光调制器成为VCSEL集成面阵中较理想接收和调制器件。为了能 够制作大规模二维面阵，我妇将采用僧朦捍技术将光调制器与CMOS电路互连。这就对谐振 腔增强型光调制器微结构设计提出了较高韵要求。我们计算了InGaAs／GaAs多量子阱结构 二维激子吸收系数和量子限制Stark效应，对谐振腔增强型光调制器的结构参数进行了理 论分析，优化设计出适合于倒装焊工艺的谐振腔增强型光调制器微结构。 二、器件的工作原理 谐振腔增强型光调制器的工作原理是利用了量子限制Stark效应．其结构如图一所示。 工作时加反向偏压，光垂直于村底表面输入．在底部和底部DBR之间来回反射。i区为 InGaAs／GaAs多量子阱区，工作波长为970rmA。在多量子阱中由于电子和空穴被限制在阱中， 其重叠积分比体材料大．在常温下很容易观察到激子效应。在多量子阱垂直方向上加电场 时，由于能带倾斜．电子空穴移到低势能一边．使电子空穴基态能量随之下降．表现为激 子吸收峰红移。这种现象称之为量子限制Stark效应(QCSE)，如图二所示。如果谐振腔的 谐振波长处于零电场时的激子峰附近，则随着电场的增大．吸收系数减小．其光生电流也 减小，反射光增大。从而实现利用外加电场对反射光的调制。 ’国家自然科学基金资助项目．编号69789802 2000年10月·广西·北海 第七届全国同体薄膜学术会议 对于量子阱中电子、轻重空穴的本征方 程为： N181920m GaAs 夏五■1F五万丁蕊 K巾。=E．由。， Hh巾h：Eh中h 电场下电子和空穴的啥密顿量可表示 80m AiGzu^．s2E18 N 为： 27； !!皇苎竺．．!!竺 He=CPze2，2如‘)+ve(ze)+eFz。 A1GaAsN 80*-mn ‰：(P zIl。12％Ⅱt)+vh(zh)一eFzh A1ChAsN 110*nmn 其中，Ve{z。)【Vhczb)l是量子阱对电子(空 曼曼坚二。 ．：2竺 穴)的限制势垒。F是量子阱垂直方向的电 3。 !：兰兰竺! ：兰竺 场，P。[P。]是电子(空穴)的动量。 GaAsi 10hm 我们采用的结梅中InGaAs量子阱宽 8nm，GaAs垒宽10nm．由于个量子阱被较厚 的垒隔开，所以可