基于纳米线的光电子器件制造技术

本发明专利技术公开了包括纳米线层、光电探测器和半导体光放大器的基于纳米线的光电子器件（１００，２００，３００，４００，５００）。该器件包括生长自单晶和／或非单晶表面的纳米线（１１４，２１４，３２４，４３４，４３６，５６０，５６２）。半导体光放大器包括充当镇流激光器以放大信号波导所携载信号的纳米线阵列，。纳米线激光器和光电探测器的实施例包括能够提供不同偏振的水平和竖直纳米线（４３４，４３６，５６２，５６０）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于纳米线的光电子器件
技术介绍
纳米技术和量子信息技术涉及在分子水平上构建的极小的电子和光学线路的设计。与采用自上而下的制造技术所形成的传统光电子线路相反，纳米技术采用自下而 上的技术，以通过添加材料而向上构建器件。例如，可使用纳米线来携载电信号和光信号。 量子信息技术可利用光粒子或光子来传送信息。希望为量子信息技术应用提供包含纳米线 的纳米尺度光电子器件，其中这样的器件可在制造环境中采用低成本制造技术来制造。
技术实现思路
基于纳米线的光电子器件的一个示例性实施例包括至少一个由单晶或非单晶材 料制成的第一表面；至少一个由单晶或非单晶材料制成的第二表面，每个第二表面电隔离 于相应的第一表面；以及至少一根第一纳米线，其以桥接构型连接至少一个第一表面对，该 第一表面对包括相对的第一和第二表面，其中，第一纳米线生长自该第一表面对的第一和 第二表面的其中一个表面，并且在该第一和第二表面之间互连。 增益钳制半导体光放大器的一个示例性实施例包括至少一个第一表面；至少一 个第二表面，每个第二表面面向且电隔离于相应的第一表面；多根纳米线，其以桥接构型连 接每对相对的第一和第二表面；以及信号波导，其与纳米线重叠使得沿该信号波导行进的 光信号被纳米线的电激励所提供的能量放大。 基于纳米线的光电子器件的另一个实施例包括第一水平表面；第二水平表面， 其电隔离于并且面向第一水平表面；至少一根竖直纳米线，其以桥接构型连接第一和第二 水平表面，其中，该竖直纳米线(i)生长自第一和第二水平表面之一或者(ii)生长自第一 和第二水平表面并在第一和第二水平表面之间互连；第一竖直表面；第二竖直表面，其电 隔离于并且面向第一竖直表面；以及至少一根水平纳米线，其以桥接构型连接第一和第二 竖直表面，其中，该水平纳米线(i)生长自第一和第二竖直表面之一或者(ii)生长自第一 和第二竖直表面并在第一和第二竖直表面之间互连；其中，水平纳米线和竖直纳米线能被 选择性地电激励以分别提供水平和竖直偏振。附图说明 图1示出了纳米线激光器的示例性实施例，该纳米线激光器包括以桥接构型连接 相对表面的纳米线。 图2示出了纳米线光电探测器的示例性实施例，该纳米线光电探测器包括以桥接构型连接相对表面的纳米线，其中纳米线互连在表面之间。 图3示出了基于纳米线的半导体光放大器的示例性实施例。 图4示出了基于纳米线的光电子器件的另一个实施例的基本结构和工作原理。 图5A是基于纳米线的光电子器件的另一个示例性实施例的透视图。 图5B是图5A所示基于纳米线的光电子器件的侧视图。具体实施例方式公开了包括激光器、光电探测器和半导体光放大器(SOAs)的基于纳米线的光电 子器件。还公开了偏振相关激光器和偏振传感光电探测器。激光器的示例性实施例能够工 作以发射覆盖大约300nm到超过1500nm这一宽广范围内的光。 图1中示出了根据一个示例性实施例的电驱动纳米线激光器100。纳米线激光器 100包括第一突起102和设置在基底108的表面106上的相对的第二突起104。第一突起 102每个都包括第一表面110，第二突起104每个都包括面向相应的第一表面110的第二表 面112。在该实施例中，第一表面110和第二表面112是竖直表面，它们可以彼此平行。一 根或多根纳米线114(例如，一个纳米线阵列)在相对的第一突起102和第二突起104对之 间水平延伸并以桥接构型连接第一表面110和第二表面112。在这个实施例中，个体纳米线 114生长自第一表面110和第二表面112之一，并且在相对的第一表面110和第二表面112 之间连续延伸。所示纳米线激光器100包括三对第一突起102和第二突起104。在其它实 施例中，纳米线激光器100可包括少于三对或多于三对第一突起102和第二突起104，例如 十对到几百对或者更多。 如图1所示，第一突起102包括生长在基底108的表面106上的第一层116和生 长在第一层116上的第二层118。第二突起104包括生长在基底108的表面106上的第一 层116和生长在第一层116上的第二层118。 在该实施例中，基底106可包括单晶材料或非单晶材料。单晶材料可为单晶硅， 例如硅片。非单晶材料可为导电体；微晶硅或非晶硅；或者绝缘体，例如玻璃、石英、聚合 物(例如，热塑性聚合物，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))、金属(例如，不锈钢、铝或铝合 金)、或者这些材料或其它材料的组合。这些示例性非单晶材料可降低纳米线激光器100的 制造成本。在一些实施例中，非单晶材料可设置在滚筒上，这允许采用滚压制造工艺(roll ma皿facturingprocess)来制造多个纳米线激光器。 纳米线激光器100的第一层116包括绝缘材料，如氧化物(例如Si02)或氮化物。 例如，可在硅基底(例如(111)硅)上生长SiOp在另一个实施例中，可在GaAs基底上生长 充当绝缘层的111-V族材料，如无掺杂AlAs或InAs 。在另 一个实施例中，可在InP基底上生 长类似的晶格匹配半导体材料。例如，可在掺杂InP片(即基底)上生长半绝缘In,AlhxAs 层(即第一层)，随后在该半绝缘层上生长另一掺杂InP层(即第二层)。所有这些层都是 晶格匹配的。 在该实施例中，第一层116将第一突起102彼此电隔离，将第二突起104彼此电隔 离，并将第一突起102与第二突起104电隔离。 第一突起102和第二突起104的第二层118可包括单晶材料或非单晶材料。在一 些实施例中，第二层118的材料与相应第一层116的材料晶格匹配。在另一个实施例中，第 二层118可包括一种以上的材料，如一种以上的单晶材料、一种以上的非单晶材料、或者至 少一种单晶材料和至少一种非单晶材料的组合。在一个实施例中，第二层118的第一表面 IIO和第二表面112可包括形成在非单晶材料(例如多晶硅、微晶硅或非晶硅)上的单晶材 料(例如单晶硅)。 用于形成纳米线激光器100的第二层118的合适单晶材料包括，例如Si、Ge ;IV族 化合物半导体，例如SiC和SiGe ;III-V族化合物半导体，如二元合金，例如磷化镓(GaP)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、氮化铟(InN)、砷化铟(InAs)、砷化铝(AlAs)、氮化铝(A1N)、 氮化硼(BN)和砷化硼(BAs) ;II-VI族半导体，如氧化锌(Zn0)和氧化铟(In0);以及这些 或其它半导体材料的组合。例如，可使用生产SOI (绝缘体上硅，silicon on insulator)层 的方法在Si02第一层上制造Si外延层。在另一个实施例中，可在将要充当绝缘层的材料 (如无掺杂AlAs或InAs)上生长III-V族半导体材料，如GaAs。 在另一个实施例中，可在晶体材料或其它非晶体材料(如金属、介电材料或非晶 体半导体)上沉积非晶体材料，如微晶硅或非晶硅。也可从这些表面生长纳米线。 在包括由单晶材料或非单晶材料制成的第一表面110和第二表面112的纳米线 激光器100的实施例中，单晶材料或非单晶材料可为任何具有使得纳米线能够从第一表面 110和/或第二表面112生长的合适物理特性的材料。非单晶材料可为，例如多晶硅、非晶 硅、微晶硅、蓝宝石或碳基无机材料，如金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于纳米线的光电子器件（２００），包括：至少一个由单晶或非单晶材料制成的第一表面（２１０）；至少一个由单晶或非单晶材料制成的第二表面（２１２），每个第二表面电隔离于相应的第一表面；以及至少一根第一纳米线（２１４），其以桥接构型连接至少一个第一表面对，所述第一表面对包括相对的第一和第二表面，其中，所述第一纳米线生长自所述第一表面对的第一和第二表面，并且在所述第一和第二表面之间互连。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-4-25 11/790,446一种基于纳米线的光电子器件(200)，包括至少一个由单晶或非单晶材料制成的第一表面(210)；至少一个由单晶或非单晶材料制成的第二表面(212)，每个第二表面电隔离于相应的第一表面；以及至少一根第一纳米线(214)，其以桥接构型连接至少一个第一表面对，所述第一表面对包括相对的第一和第二表面，其中，所述第一纳米线生长自所述第一表面对的第一和第二表面，并且在所述第一和第二表面之间互连。2. 如权利要求1所述的基于纳米线的光电子器件，还包括第一布拉格镜(124)，其在至少一个第一表面(110)上形成或者邻近所述至少一个第 一表面(110)形成；以及第二布拉格镜(126)，其在与所述至少一个第一表面相对的至少一个第二表面(112) 上形成或者邻近所述至少一个第二表面(112)形成；至少一根第二纳米线(114)，其生长自至少一个包括相对的第一和第二表面的第二表 面对的第一表面或第二表面；其中，每对相对的第一和第二布拉格镜限定包括至少一根第二纳米线的光学腔；以及其中，第一和第二纳米线包括ni-v族化合物半导体材料。3. 如权利要求2所述的基于纳米线的光电子器件，其中，第一纳米线和/或第二纳米线 包括有源区，所述有源区包括量子点或异质结。4. 如权利要求l所述的基于纳米线的光电子器件，包括多根第一纳米线(214)，所述第 一纳米线(214)以桥接构型连接至少一个包括相对的第一和第二表面的第一表面对(210， 212)，其中，所述第一纳米线生长自该第一表面对的第一和第二表面并在所述第一和第二 表面之间互连，其中，所述第一纳米线包括III-V族化合物半导体材料。5. 如权利要求1所述的基于纳米线的光电子器件，其中 每个第一表面均是第一突起(202)的表面； 每个第二表面均是第二突起(204)的表面；以及 在第一和第二突起的每个之上或之中形成有电接触。6. 如权利要求1所述的基于纳米线的光电子器件，其中 每个第一表面均是第一突起的表面； 每个第二表面均是第二突起的表面；所述第一和第二表面包括非单晶材料，所述非单晶材料选自由多晶硅、非晶硅、微晶硅、金刚石和类金刚石碳组成的组；所述第一和第二突起(i)每个均包括单晶材料，并且(ii)形成在包括所述单晶材料的 基底(208)上；或者所述第一和第二突...

【专利技术属性】
技术研发人员：SY王，MS伊斯拉姆，PJ屈克斯，小林伸彦，
申请(专利权)人：惠普开发有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]