包括具有多能级的三耦合量子阱结构的光学设备的制造方法
【专利说明】包括具有多能级的三耦合量子阱结构的光学设备
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年11月7日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请N0.10-2013-0134986的优先权，通过引用，将其公开内容全部合并于此。
技术领域
[0003]与示例性实施例一致的装置涉及一种包括三耦合量子阱结构的光学设备，并且更具体地，涉及一种包括具有多能级的三耦合量子阱结构的光学设备，其可以提高多量子阱结构中的光吸收强度，而不会增加驱动电压。
【背景技术】
[0004]3D相机不仅具有一般的图像捕获功能，而且还具有测量从物体的表面上的多个点到3D相机的距离的功能。最近已经提出了多种算法来测量物体和3D相机之间的距离。这些算法中的典型算法是飞行时间(time-of-f light (TOF))算法。根据TOF法，照明光被发射到物体上，然后测量在从照明光被发射直到从物体反射的照明光被光接收单元接收之间的飞行时间。照明光的飞行时间可以通过测量上述照明光的相位延迟来获得。高速光学调制器(modulator)被用来精确测量相位延迟。
[0005]具有优异的电-光响应特性的光学调制器被用于获取具有高距离精度的三维图像。最近，主要使用GaAs类半导体光学调制器。GaAs类半导体光学调制器具有在其中多量子阱(MQW)结构被布置在P电极和N电极之间的P-1-N 二极管结构。在该结构中，当反向偏置电压被施加到P-N电极之间时，MQW结构形成在特定的波长带的激子，并且吸收光。MQff结构的吸收光谱特性上随着反向偏置电压的增加而朝向长波长移动。因此，特定波长处的吸收程度可以根据反向偏置电压的变化而变化。因此，根据上述原理，具有特定波长的入射光的强度可以通过调节施加到光学调制器上的反向偏置电压来调制。
[0006]在光学调制器中，距离精度随着指示在当施加电压时和不施加电压时之间的吸收程度的不同的对比度(例如，解调对比)的增加而增加。以低电压进行驱动有利于防止因热而导致的性能劣化。在一般情况下，增加对比度可以通过增加在MQW结构中的光吸收强度和跃迁能量来实现。光吸收强度与量子阱层的厚度成反比并且与在所述量子阱层中的空穴的波函数和电子的波函数之间的重叠的程度的平方成正比。此外，指示吸收光谱移向长波长的程度的跃迁能量正比于量子阱层的厚度的四次方并且正比于施加的电压的平方。
[0007]然而，当量子阱层的厚度被减小以增加光的吸收强度时，跃迁能量减少，并且所施加的电压增加以补偿跃迁能量的减少。另一方面，当量子阱层的厚度被增加以增加跃迁能量时，空穴的波函数和电子的波函数之间的重叠程度降低，并且由电子-空穴对而生成的激子减小，使得吸收强度降低。因此，吸收强度的提高和驱动电压的降低处于折衷选择的关系O
【发明内容】
[0008]另外的示例性方面将部分地在下面的描述中得以阐述，并且部分地将从描述中变得显而易见，或者可通过本实施例的实践而得知。
[0009]根据本发明的示例性实施例的一个方面，一种光学设备，包括:有源层，其包括至少两个外部势垒，以及被插入在所述至少两个外部势垒之间的至少一个耦合量子阱，在其中，每个耦合量子阱包括至少三个量子阱层和至少两个耦合势垒，其中，所述耦合势垒中的每个被设置在量子阱层中的两个之间，被布置在耦合量子阱的相对两端的两个量子阱层的厚度与被布置在两个量子阱层之间的其他量子阱层的厚度不同，并且被布置在相对两端的两个量子阱层的能级与被布置在两个量子阱层之间的其他量子阱层的能级不同。
[0010]至少两个耦合势垒的势能可以比接地电平高，并且比外部势垒的能级低。
[0011]耦合量子阱的每个可以是三耦合量子阱，其包括顺序堆叠的第一量子阱层、第一耦合势垒、第二量子阱层、第二耦合势垒、和第三量子阱层，并且第一和第二耦合势垒的势能比接地电平高，并且比外部势垒的能级低。
[0012]第一量子阱层的厚度和第三量子阱层的厚度可以小于第二量子阱层的厚度，并且第一量子阱层的能级和第三量子阱层的能级可以比第二量子阱层的能级低。
[0013]根据另一个示例性实施例的一个方面，一种光学设备，包括:有源层，其包括至少两个外部势垒，以及被插入在所述至少两个外部势垒之间的至少一个耦合量子阱，以及下反射层和上反射层，其分别被设置在有源层的下和上表面上，在其中，每个耦合量子阱具有至少三个量子阱层和至少两个耦合势垒，耦合势垒的每一个被设置在所述至少三个量子阱层中的两个之间，并且设置在耦合量子阱的相对两端的两个量子阱层的能级与设置在所述两个量子阱层之间的其他量子阱层的能级不同。
[0014]光学设备可以是反射型光学调制器，其中，所述下反射层的反射率比上反射层的反射率更高。
[0015]布置在相对两端的两个量子阱层的厚度可小于布置在所述两个量子阱层之间的其他量子阱层的厚度。
[0016]光学设备可以进一步包括设置在下和上反射层中至少一个内的至少一个微腔层，其中，当光学设备的谐振波长为λ时，所述有源层和所述至少一个微腔的每个具有为λ/2的整数倍的光学厚度。
[0017]所述至少一个耦合量子阱可包括:至少一个第一耦合量子阱，其包括顺序堆叠的第一量子阱层、第一耦合势垒、第二量子阱层、第二耦合势垒和第三量子阱层；以及至少一个第二耦合量子阱，其包括顺序堆叠的第四量子阱层、第三耦合势垒、第五量子阱层、第四耦合势垒、和第六量子阱层，其中，第一耦合量子阱的第二量子阱层的厚度与第二耦合量子阱的第五量子阱层的厚度不同。
[0018]第一至第四耦合势垒的势能中的每个可以比接地电平高，并且比外部势垒的能级低。
[0019]第一量子阱层的厚度和第三量子阱层的厚度中的每个可以小于第二量子阱层的厚度，并且第四量子阱层的厚度和第六量子阱层的厚度的每个可以小于第五量子阱层的厚度。
[0020]第一量子阱层的能级和第三量子阱层的能级中的每个都低于第二量子阱层的能级，并且第四量子阱层的能级和第六量子阱层的能级的每个都比第五量子阱层的能级低。
[0021]第一耦合量子阱的第一和第三量子阱层的厚度中的每个可分别与第二耦合量子阱的第四和第六量子阱层的厚度中的每个相等。
[0022]至少一个耦合量子阱的每一个可包括顺序堆叠的第一量子阱层、第一耦合势垒、第二量子阱层、第二耦合势垒和第三量子阱层。有源层还可以包括至少一个单量子阱，所述至少一个单量子阱中的每个包括被设置在两个外部势垒之间的单个第四量子阱层。
[0023]根据另一个示例性实施例的一个方面，一种光学设备，包括:下反射层、被设置在所述下反射层上的第一有源层、被设置在所述第一有源层上的中间反射层、被设置在中间反射层上的第二有源层、以及被设置在所述第二有源层上的上反射层，在其中，所述第一和第二有源层中的至少一个包括耦合量子阱结构，其包括至少两个外部势垒和在所述至少两个外部势垒之间插入的至少一个耦合量子阱，耦合量子阱中的每个至少包括三个量子阱层和至少两个耦合势垒，其中，耦合势垒的每个被设置在所述至少三个量子阱层中的两个之间，被布置在所述至少三个量子阱层的相对端部的两个量子阱层的厚度中的每个都小于被设置在所述两个量子阱层之间的其他量子阱层的厚度，并且被布置在相对端部的两个量子阱层的能级中的每个都比被设置在所述两个量子阱层之间的其他量子阱层的能级低。
[0024]所述至少两个耦合势垒的势能中的每个可以比接地电平高，并且比外部势垒中的每个的能级低。
[0025]耦合量子阱的每一个可以是三耦合量子阱，其包括顺序堆叠的第一量子阱层、第一耦合势垒、第二量子阱层、第二耦合势垒、和第三量子阱层，并且所述第一和第二耦合势垒的势能的每一个可能比接地电平高，并且比外部势垒的每个的能级低。
[0026]所述第一量子阱层的厚度和第三量子阱层的厚度中的每个可以小于第二量子阱层的厚度，并且所述第一量子阱层的能级和第三量子阱层的能级中的每一个可以比所述第二量子阱层的能级低。
[0027]下和上反射层的每一个可以被掺杂成第一导电类型，并且中间反射层可以被掺杂成相反于第一导电类型的第二导电类型。
[0028]光学设备可以进一步包括被设置在下和上反射层中的至少一个中的至少一个微腔层，其中，当光学设备的谐振波长为λ时，所述有源层和所述至少一个微腔中的每个具有为λ/2的整数倍的光学厚度。
【附图说明】
[0029]结合附图，从示例性实施例的以下描述中，这些和/或其他示例性方面和优点将变得清楚和更易于理解:
[0030]图1是根据示例性实施例的具有三耦合量子阱结构的有源层的能带图；
[0031]图2Α和2Β分别示出了当反向偏置电压不被施加到图1的有源层上时的电子的波函数和空穴的波函数；
[0032]图3Α和3Β分别示出了当反向偏置电压被施加到图1的有源层上时的电子的波函数和空穴的波函数；
[0033]图4示出了具有图1的三耦合量子阱结构的有源层的吸收光谱；
[0034]图5示出了与简单的单量子阱结构相比较，在具有图1所示的三耦合量子阱结构的有源层中的光吸收特性；
[0035]图6示出了根据示例性实施例的具有三耦合量子阱结构的光学设备的细节；
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