6]图7示意性示出了图6的光学设备的吸收系数光谱；
[0037]图8示意性示出了根据示例性实施例的具有三耦合量子阱结构的反射光学调制器的结构；
[0038]图9示出了图8所示的反射型光学调制器的详细示例；
[0039]图10示意性示出了图9的反射型光学调制器的反射特性；
[0040]图11示意性示出了根据示例性实施例的具有三耦合量子阱结构的透射型光学调制器的结构；
[0041]图12示出了图11的透射型光学调制器的详细示例；
[0042]图13示意性示出了图12的透射型光学调制器的透射特性；
[0043]图14示意性示出了根据另一示例性实施例的具有三耦合量子阱结构的透射型光学调制器的结构；
[0044]图15示出了图14的透射型光学调制器的详细示例；
[0045]图16示意性地示出了图15的透射型光学调制器的透射特性；以及
[0046]图17示意性地示出了根据另一示例性实施例的具有三耦合量子阱结构的透射型光学调制器的结构。
【具体实施方式】
[0047]现在将详细参考在附图中示出的示例性实施例，其中，相同的附图标记表示相似的元件。另外，为了便于说明和清楚起见，在附图中示出的每一层的尺寸可以被夸大。在这方面，本实施例可具有不同形式，并且不应被解释为限于在此阐述的描述。因此，以下通过参考附图，对本实施例进行描述仅仅用于解释本描述的各方面。在层结构中，当一个构成元素被设置在另一构成元素“上方”或“上”时，该构成元素可以是仅直接位于其它的构成元素上，或者以非接触的方式位于其它的构成元素上方。
[0048]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。参照图1，根据本实施例的有源层可以包括两个外部势垒以及插入在两个外部势垒之间的三耦合量子阱。尽管图1仅仅示出两个外部势垒和一个三耦合量子阱，但是也可以包括更多的外部势垒和三耦合量子阱。例如，有源层可以包括至少两个外部势垒和插入在每对两个外部势垒之间的至少一个三耦合量子阱。
[0049]三耦合量子阱的每个可包括:被顺序地布置的第一量子阱层QW1、第一耦合势垒CB1、第二量子阱层QW2、第二耦合势垒CB2、和第三量子阱层QW3。在三耦合量子阱结构中，三个量子阱层可以通过两个耦合势垒而彼此耦合。因此，在有源层的整体结构中，三耦合量子阱可以执行类似于单量子阱的功能。其结果是，因为用作单量子阱层的三耦合量子阱结构的厚度比单量子阱层的厚度更厚，所以跃迁能量可以增加，而不会增加驱动电压。
[0050]一般来说，当在空穴的波函数和电子的波函数之间的重叠的程度较大时，作为电子和空穴对的激子的产生增加，并且因此光学设备的光吸收强度增加。根据本实施例，为了提高包括图1的有源层的光学设备的光吸收强度，第二量子阱层QW2的厚度可以是三个量子阱层中最厚的，使得空穴的波函数和电子的波函数重叠的部分增加。因为第二量子阱层QW2的厚度是最厚的，所以在第二量子阱层QW2中剩余的空穴的波函数部分和电子的波函数部分增加，使得空穴的波函数和电子的波函数之间的重叠可以增大。
[0051]为了进一步提高光吸收强度，被设置在第二量子阱层的相对侧上的第一和第三量子阱层QWl和QW3的厚度dl和d5可以小于被设置在其间的第二量子阱层QW2的厚度d3。另外，为了防止驱动电压因为第一和第三量子阱层QWl与QW3的厚度dl和d5的减小而增力口，第一和第三量子阱层QWl与QW3的能级可以比第二量子阱层QW2的能级低。因此，第二量子阱层QW2的带隙I可以比第一和第三量子阱层QWl和QW3的带隙2大。第一和第三量子阱层QWl与QW3的厚度和电平可以是相同的或不同的。从这个角度来看，本实施方式的量子阱结构可以被称作是具有多能级的三耦合量子阱结构。
[0052]为了耦合三个量子阱层QWl到QW3，两个耦合势垒CBl和CB2可以具有比如图1中所示的外部势垒的能级更低的能级。例如，在图1中的能带图的上侧中所指示的导带中，第一和第二耦合势垒CBl和CB2的势能可能比接地电平高，即，比第一电子el的能级高，并且比外部势垒的能级低。同样地，在图1中所示的能带图的下侧中所指示的价带中，第一和第二耦合势垒CBl和CB2的势能可以比接地电平高，即，比第一重空穴hhl的能级高，并且比外部势垒的能级低。在这种结构中，随着第一、第二、和第三量子阱层QW1、QW2、和QW3的宽度增加，接地电平被降低，并且吸收波长移向长波长。当第一和第二耦合势垒CBl和CB2的能障增加时，接地电平上升，从而吸收波长可以朝向短波长移动。
[0053]满足上述条件的用于第一、第二、和第三量子阱层QWl、QW2、和QW3、第一和第二耦合势垒CBl和CB2、外部势垒的材料可以根据所希望的波长频带而不同地选定。例如，对于约850nm的红外范围，InzGai_zAs (z = 0.1?0.2)可被用于第一和第三量子阱层QWl和QW3, GaAs可用于第二量子阱层QW2，AlyGa1^yAs (0<y<I)被用于第一和第二耦合势垒CBl和CB2，并且Α1χ6&1_χΑ8(0〈7〈χ ( I)可被用于外部势垒。另外，对于约1550nm的中红外线范围，InxGa1^As、In1HGaxAlyAsJP IrvxGaxAszP1=,等可用于第一、第二、和第三量子讲层 QW1、QW2、和 QW3，并且 In1IyGaxAlyAsJP IrvxGaxAszP^ (0〈x，y, ζ<1)等可用于第一和第二耦合势垒CBl和CB2和外部势垒。根据上述条件，可以使用上述材料的各种组合。第一和第二耦合势垒CBl和CB2和外部势垒的能级可根据材料的组成比进行适当调整。
[0054]由于第一、第二、和第三量子阱层QW1、QW2、和QW3分别通过第一和第二耦合势垒CBl和CB2来彼此连接，所以电子及空穴的波函数也可以分布在第一和第二耦合势垒CBl和CB2上的第一、第二、和第三量子阱层QW1、QW2、和QW3上。例如，图2A和2B分别示出了当反向偏置电压不被施加到图1的有源层时的电子的波函数和空穴的波函数。参照图2A，第一电子el的波函数主要分布在第二量子阱层QW2中，并且第二电子E2的波函数主要分布在第一和第三量子阱层QWl和QW3中。参照图2B，第一重空穴hhl的波函数和第一轻空穴Ihl的波函数主要分布在第二量子阱层QW2中，并且第二重空穴hh2的波函数主要分布在第一和第三量子阱层QWl和QW3中。
[0055]当反向偏置电压被施加到有源层中时，电子的波函数在朝向第一量子阱层QWl的方向上移动，并且空穴的波函数在朝向第三量子阱层QW3的方向上移动。例如，图3A和3B分别示出了当反向偏置电压被施加到图1的有源层时的电子的波函数和空穴的波函数。参照图3A，第一电子el的波函数的峰值被稍微移动到第二量子阱层QW2的左边缘，并且第二电子e2的第二个峰被移动到第二量子阱层QW2的右边缘。由于第一量子阱层QWl的厚度较小，所以在第一量子阱层QWl发生强烈的吸收，并且因此根据电压的电子迁移率降低。因此，第一和第二电子el和e2的波函数被广泛地分布在三个量子阱层QW1、QW2、和QW3上。另外，参照图3B，第一重空穴hhl的波函数的峰值被移向第三量子阱层QW3，并且通过第二耦合势垒CB2而被变形为鞍形，并且部分地保持在第二量子阱层QW2中。另外，第二重空穴hh2的波函数和第一轻空穴Ihl的波函数的峰值位于第二量子阱层QW2中。因此，电子和空穴的波函数在第二和第三量子阱层QW2和QW3的宽阔的范围上重叠，使得光吸收可能会增加。
[0056]图4示出了具有图1的三耦合量子阱结构的有源层中的吸收光谱:详细地说，相对于外部施加的约OV/ μ m、大约2.4V/ μ m、大约4.8V/ μ m的电场的吸收光谱。参照图4，当外加电场为大约OV/ μ m时,最大峰值在大约838nm的波长下产生的。最大峰值是由第一电子el和第一重空穴hhl的激子对产生的，并且第二大峰是通过第一电子el和第一轻空穴Ihl的激子对以及第一电子el和第二重空穴hh2的激子对来产生的。由于在约850nm的波长处的吸收系数是很小的，所以具有约850nm的波长的光的大部分传递通过有源层。当外部施加的电场增加时，吸收光谱根据斯塔克(Stark)效应而朝向长波长移动，并且吸收强度减小。当外加电场为大约4.8V/μ m时，吸收光谱具有在大约850nm的波长处的最大峰。在这种情况下，吸收光谱的峰值比在外部施加的电场为大约OV/ μ m的情况下的低。吸收光谱朝向大约850nm的波长的上述运动可以在简单的单量子阱结构中以大约8.1V/μ m的外部施加电场来实现。
[0057]此外，根据本实施例，即使当大约4.8V/μ m的外部电场被施加到有源层时，如图3A和3B中所示，在第二量子阱层QW2中剩余有相当数量的电子的和空穴的波函数，使得可以维持比在简单的单量子阱结构的更高的吸收系数。换句话说，在本实施例中，因为吸收光谱移向长波长而导致的吸收强度减小的程度小于简单的单量子阱结构的程度。因此，在当外加电场为大约OV/μ m和当外加电场为大约4.8V/y m之间、在大约850 μ m的波长处的吸收强度中的差△ α可以比简单的单量子阱结构的更大。
[0058]例如，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