啁啾量子点超辐射发光管及其制备方法和用途技术

本公开提供了一种啁啾量子点超辐射发光管，包括：衬底(10)；有源区下盖层(20)；至少一层有源区(30)，每层有源区(30)至下而上包括N型掺杂的量子点层(31)、第一盖层(32)、第二盖层(33)，并形成啁啾多层量子点结构；有源区上盖层(40)。本公开通过对啁啾量子点进行N型掺杂，可提供额外的电子钝化非辐射复合中心，并且提供了过量的载流子占据更高的激发态能级，因此针对啁啾量子点光谱相对均匀量子点较宽，但更高能级量子点填充不充分的问题得到了很好的弥补，与传统的啁啾量子点超辐射发光管相比有更宽的发光谱，最终同时提高了超辐射发光管的功率和谱宽。管的功率和谱宽。管的功率和谱宽。

【技术实现步骤摘要】
啁啾量子点超辐射发光管及其制备方法和用途


[0001]本公开涉及光电子器件
，具体涉及一种啁啾量子点超辐射发光管及其制备方法和用途。

技术介绍

[0002]近年来，由于在生物组织成像医疗设备中的应用，1.1～1.3m光学窗口的宽带光源和超辐射发光管的发展引起了人们的广泛关注。例如，在新兴的非创性生物医学成像方法——光学相干断层扫描(OCT)中，轴向分辨率是由光源的发光谱宽和中心波长决定的。特别是，自组装量子点材料的尺寸分布一般满足高斯分布，量子点基态在较小的注入电流密度下即可饱和，从而载流子易于在激发态中填充，基态和激发态的共同贡献将使光谱进一步展宽，这有利于超辐射发光管的应用。
[0003]尽管量子点超辐射发光管是用于OCT的一种很有潜力的光源，但对于能实现其高性能仍具有很大的挑战。为了实现宽光谱宽度，啁啾量子点结构被大量研究，在不同的层中生长不同大小和发射波长的点，以组合不同发射波长的量子点层，并最终在发光谱中体现出较宽的波长范围。啁啾也可以通过改变盖层的厚度和改变组分来实现。由于量子点超辐射发光管是利用量子点的基态和激发态共同贡献来使光谱进一步展宽，所以设计啁啾结构尤其重要，希望能够有效地利用基态和激发态共同发光这一特点。
[0004]提高InAs/GaAs量子点超辐射发光管功率的两个主要方法为：第一种为高温度生长隔离层，量子点附近的非辐射复合中心在原位快速热退火过程中被有效的去除；另一种是使用P型调制掺杂量子点有源区，其中由于价带态密度占据几率高，增加了基态能级模式增益，但由于P型调制掺杂引入的大量空穴增加了自由载流子的吸收，从而增加了光学损耗，增大了器件的功耗。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]针对上述问题，本公开提供了一种啁啾量子点超辐射发光管及其制备方法和用途，用于至少部分解决传统量子点超辐射发光管功率低、谱宽不够宽等技术问题。
[0007](二)技术方案
[0008]本公开一方面提供了一种啁啾量子点超辐射发光管，包括：衬底；有源区下盖层；至少一层有源区，每层有源区至下而上包括N型掺杂的量子点层、第一盖层、第二盖层，并形成啁啾多层量子点结构；有源区上盖层。
[0009]进一步地，N型掺杂的量子点层中量子点为InAs，掺杂元素为P、As、Si等元素中的一种；N型掺杂的量子点层的厚度为0～5ML。
[0010]进一步地，第一盖层为InGaAs，厚度为0～40nm；第二盖层为GaAs，生长厚度为0～50nm。
[0011]进一步地，形成啁啾多层量子点结构包括依次改变N型掺杂的量子点层中量子点
的厚度、依次改变第一盖层的厚度或者组分。
[0012]进一步地，有源区的层数为1～100。
[0013]进一步地，有源区下盖层至下而上包括缓冲层、下限制层、下波导层。
[0014]进一步地，有源区上盖层至下而上包括上波导层、上限制层、欧姆接触层。
[0015]进一步地，衬底为GaAs。
[0016]本公开还有一方面提供了一种啁啾量子点超辐射发光管的制备方法，包括：S1，在衬底上生长有源区下盖层；S2，在有源区下盖层上生长至少一层有源区，每层有源区至下而上包括N型掺杂的量子点层、第一盖层、第二盖层，并形成啁啾多层量子点结构；S3，在有源区上生长有源区上盖层。
[0017]本公开还有一方面提供了一种根据前述的啁啾量子点超辐射发光管在光学相干断层扫描中的应用。
[0018](三)有益效果
[0019]本公开的啁啾量子点超辐射发光管，通过在量子点生长过程中直接引入N型掺杂，一方面提供额外的电子钝化非辐射复合中心，并且提供了过量的载流子占据更高的激发态能级，因此针对啁啾量子点光谱相对均匀量子点较宽，但更高能级量子点填充不充分的问题得到了很好的弥补，与传统的啁啾量子点超辐射发光管相比有更宽的发光谱，最终同时提高了超辐射发光管的功率和谱宽；另一方面在量子点生长过程中掺入N型杂质，便于控制掺杂浓度，使量子点掺杂更均匀。
附图说明
[0020]图1示意性示出了根据本公开实施例中啁啾量子点超辐射发光管的外延生长结构示意图；
[0021]图2示意性示出了根据本公开实施例中N型掺杂啁啾量子点超辐射发光管的功率
‑
电流(P
‑
I)图；
[0022]图3示意性示出了根据本公开实施例中N型掺杂啁啾量子点超辐射发光管的光谱图；
[0023]附图标号说明：
[0024]10：衬底；
[0025]20：有源区下盖层；
[0026]21：缓冲层；
[0027]22：下限制层；
[0028]23：下波导层；
[0029]30：外延层有源区；
[0030]31：N型掺杂的量子点层；
[0031]32：第一盖层；
[0032]33：第二盖层；
[0033]40：有源区上盖层；
[0034]41：上波导层；
[0035]42：上限制层；
[0036]43：欧姆接触层。
具体实施方式
[0037]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
[0038]本公开的实施例提供了一种啁啾量子点超辐射发光管，请参见图1，包括：衬底10；有源区下盖层20；至少一层有源区30，每层有源区30至下而上包括N型掺杂的量子点层31、第一盖层32、第二盖层33，并形成啁啾多层量子点结构；有源区上盖层40。
[0039]本专利技术实施例的啁啾量子点超辐射发光管包括以直接N型掺杂量子点为有源区的外延层结构和衬底10。外延层的有源区30包括N型掺杂的量子点层31，量子点层31上方的第一盖层32及第一盖层32上方的第二盖层33形成的周期结构。啁啾结构可以通过不同方式来实现。
[0040]该啁啾量子点超辐射发光管通过对啁啾量子点进行N型掺杂，提供额外的电子钝化非辐射复合中心，并且提供了过量的载流子占据更高的激发态能级，因此针对啁啾量子点光谱相对均匀量子点较宽，但更高能级量子点填充不充分的问题得到了很好的弥补，与传统的啁啾量子点超辐射发光管相比有更宽的发光谱，最终同时提高了超辐射发光管的功率和谱宽。
[0041]在上述实施例的基础上，N型掺杂的量子点层31中量子点为InAs，掺杂元素为P、As、Si等元素的一种；N型掺杂的量子点层31的厚度为0～5ML。
[0042]该N型掺杂(掺杂元素为P、As、Si等)的量子点层为InAs，生长厚度为0～5ML，在每个周期依次改变量子点层厚度，掺杂浓度为105～10
20
cm
‑3。
[0043]在上述实施例的基础上，第一盖层32为InGaAs，厚度为0～40nm；第二盖层33为GaAs，生长厚度为0～50nm。
[0044]作为进一步实施方案，N型掺杂的量子点层为InAs；第一盖层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种啁啾量子点超辐射发光管，其特征在于，包括：衬底(10)；有源区下盖层(20)；至少一层有源区(30)，每层所述有源区(30)至下而上包括N型掺杂的量子点层(31)、第一盖层(32)、第二盖层(33)，并形成啁啾多层量子点结构；有源区上盖层(40)。2.根据权利要求1所述的啁啾量子点超辐射发光管，其特征在于，所述N型掺杂的量子点层(31)中量子点为InAs，掺杂元素包括P、As、Si中的一种；所述N型掺杂的量子点层(31)的厚度为0～5ML。3.根据权利要求2所述的啁啾量子点超辐射发光管，其特征在于，所述第一盖层(32)为InGaAs，厚度为0～40nm；所述第二盖层(33)为GaAs，生长厚度为0～50nm。4.根据权利要求1所述的啁啾量子点超辐射发光管，其特征在于，所述形成啁啾多层量子点结构包括依次改变所述N型掺杂的量子点层(31)中量子点的厚度、依次改变所述第一盖层(32)的厚度或者组分。5.根据权利要求1所述的啁啾量子点超辐射发光管，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王虹，杨涛，吕尊仁，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：