带有dbr层的太赫兹光电导天线外延结构及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于半导体材料与器件技术领域，涉及一种带有DBR层的太赫兹光电导天 线外延结构及制备方法。
【背景技术】
[0002] 太赫兹是指频率在0. l-ΙΟΤΗζ，相对应波长在3000-30μπι范围内的电磁波。因其介 于微波和红外波段之间而具有两个区域波段的特性。通信方面，太赫兹波具有较高的频率 和较好的穿透性而具有重要发展价值;精细成像和物质检测方面，由于其具有强穿透性，并 且极性分子的转动能级多在这一波段，太赫兹波具有物质分辨的能力，有着重要的科学研 究价值。太赫兹有着上述的诸多优点，已然成为下一代信息产业的发展方向。
[0003] 太赫兹光电导天线是产生与探测太赫兹的最重要的一种光电器件。它采用飞秒激 光栗浦到天线上，在外加电压的作用下，天线内产生的光生载流子在天线表面附近形成快 速震荡的电流，从而向外福射太赫兹。在太赫兹光电导天线的制作过程中，外延材料的结构 对天线发射和接收的性能有着重要的影响。目前，制备太赫兹天线外延材料采用较多的方 法是在GaAs衬底上使用分子束外延(molecular beam epitaxial，ΜΒΕ)设备低温生长GaAs。 此种方法生长的低温GaAs厚度较厚，并且产生的光生载流子多不在表面，栗浦光的利用效 率较低。
[0004] 本专利引入D B R结构以提高外延材料对栗浦光的吸收效率。布拉格反射镜 (Distributed Bragg Ref lector，DBR)是由光学厚度为1/4波长的高折射率和低折射率两 种材料交替生长而成的层状结构，研究表明这种结构对特定波长的光的反射率可达99%以 上。本发明采用DBR结构，可以减少低温GaAs的生长厚度，有效的提高外延材料表面对栗浦 光的利用率，增强太赫兹天线辐射出的太赫兹波强度。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，提供一种带有DBR层的太赫兹光电导天线外延结构及制备方 法，通过增加并改变DBR结构材料的组成以及重复的周期数，从而提高外延层对光的吸收效 率，提尚太赫兹天线的福射性能。
[0006] 本发明提供一种带有DBR层的太赫兹光电导天线的外延结构，包括：
[0007] 一半绝缘衬底；
[0008] -缓冲层，其制作在半绝缘衬底上；
[0009] 一 DBR结构，其制作在缓冲层上；
[0010] 一低温层，其制作在DBR结构上。
[0011] 本发明还提供一种带有DBR层的太赫兹光电导天线的外延结构的制备方法，包括 如下步骤：
[0012] 步骤1:取一半绝缘衬底；
[0013]步骤2:在半绝缘衬底上生长缓冲层；
[0014] 步骤3:在缓冲层上生长DBR结构；
[0015] 步骤4:在DBR结构上生长低温层。
[0016] 步骤5:退火，完成制备。
[0017] 本发明的有益效果是，其是通过增加并改变DBR结构材料的组成以及重复的周期 数，从而提尚外延层对光的吸收效率，提尚太赫兹天线的福射性能。
【附图说明】
[0018] 为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：
[0019] 图1为本发明的外延结构示意图；
[0020] 图2为本发明的制备流程图。
【具体实施方式】
[0021] 请参阅图1所示，本发明提供一种带有DBR层的太赫兹光电导天线的外延结构，包 括：
[0022] 一半绝缘衬底10,该半绝缘衬底10的厚度为300-400μπι;
[0023] 一缓冲层20,其制作在半绝缘衬底10上，缓冲层20的厚度在50-500nm之间，生长此 层可使得衬底表面平整；
[0024] 一 DBR结构30,其制作在缓冲层20上，所述DBR结构30包括一 AlGaAs层31和制作在 其上的GaAs层32,所述DBR结构30为周期结构，周期数为2-30。这种DBR结构30与半绝缘衬底 10晶格匹配无应力，其反射的中心波长为天线使用时的栗浦光波长。利用此DBR结构30对天 线使用时的栗浦光的高反射作用，提高外延层对光的吸收效率，进而提高太赫兹天线的辐 射性能。
[0025] 一低温层40,其制作在DBR结构30上。此低温层40是在150-500°C之间的温度的范 围内生长的GaAs材料，厚度为1-3μηι。这样一种低温层40的载流子寿命短，电子空穴复合速 度快，对应的震荡电流的变化频率在太赫兹级别，从而可以向外辐射出太赫兹波。
[0026]其中所述半绝缘衬底10、缓冲层20和低温层40的材料均为GaAs。
[0027]请参阅图2并结合参阅图1所示，本发明提供一种带有DBR层的太赫兹光电导天线 的外延结构的制备方法，包括如下步骤：
[0028] 步骤1:取一半绝缘衬底10;
[0029] 步骤2:在半绝缘衬底10上生长缓冲层20,生长温度为400-600°C ;
[0030] 步骤3:在缓冲层20上生长DBR结构30,所述DBR结构30包括一 AlGaAs层31和制作在 其上的GaAs层32，所述DBR结构30为周期结构，周期数为3-20，生长温度为400-600°C ;
[0031] 步骤4:在DBR结构30上生长低温层40,生长温度为ΙδΟ-δΟΟΓΑΒΙ?结构30每层材料
计算，其中，dx为DBR每层材料厚度，AADBR反射波长，ηχ为每层材料 折射率。
[0032] 步骤5:退火，采用分子束外延的方法，接着在原位对材料进行退火。这样一种原位 退火可以使外延材料的晶格质量得到改善。所述退火的温度为500-800°C，完成制备。
[0033]其中所述各层结构生长方法均为分子束外延法，半绝缘衬底10、缓冲层20和低温 层40的材料均为GaAs。
[0034]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例 对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施 例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者 替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1. 一种带有DBR层的太赫兹光电导天线的外延结构，包括： 一半绝缘衬底； 一缓冲层，其制作在半绝缘衬底上； 一 DBR结构，其制作在缓冲层上； 一低温层，其制作在DBR结构上。2. 根据权利要求1所述的带有DBR层的太赫兹光电导天线的外延结构，其中所述半绝缘 衬底、缓冲层和低温层的材料为GaAs。3. 根据权利要求1所述的带有DBR层的太赫兹光电导天线的外延结构，其中DBR结构包 括一 AlGaAs层和制作在其上的GaAs层。4. 根据权利要求3所述的带有DBR层的太赫兹光电导天线的外延结构，其中DBR结构为 周期结构，周期数为2-30。5. -种带有DBR层的太赫兹光电导天线的外延结构的制备方法，包括如下步骤： 步骤1:取一半绝缘衬底； 步骤2:在半绝缘衬底上生长缓冲层； 步骤3:在缓冲层上生长DBR结构； 步骤4:在DBR结构上生长低温层。 步骤5:退火，完成制备。6. 根据权利要求5所述的带有DBR层的太赫兹光电导天线外延结构的制备方法，其中所 述半绝缘衬底、缓冲层和低温层的材料为GaAs。7. 根据权利要求5所述的一种带有DBR层的太赫兹光电导天线外延结构的制备方法，其 中DBR结构包括一 AlGaAs层和制作在其上的GaAs层。8. 根据权利要求7所述的带有DBR层的太赫兹光电导天线外延结构的制备方法，其中 DBR结构为周期结构，周期数为2-30。9. 根据权利要求5所述的带有DBR层的太赫兹光电导天线外延结构的制备方法，其中退 火的温度为500-800 °C。
【专利摘要】本发明提供一种带有DBR层的太赫兹光电导天线外延结构及制备方法，其中带有DBR层的太赫兹光电导天线的外延结构，包括：一半绝缘衬底；一缓冲层，其制作在半绝缘衬底上；一DBR结构，其制作在缓冲层上；一低温层，其制作在DBR结构上。本发明通过增加并改变DBR结构材料的组成以及重复的周期数，从而提高外延层对光的吸收效率，提高太赫兹天线的辐射性能。
【IPC分类】G02B5/08
【公开号】CN105589119
【申请号】CN201610110101
【发明人】郭春妍, 徐建星, 倪海桥, 汪韬, 牛智川
【申请人】中国科学院半导体研究所
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年2月29日