基于硅和氟化钙的结合的半导体光源的制作方法

专利名称：基于硅和氟化钙的结合的半导体光源的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体光源，并且具体地涉及半导体激光器。
背景技术：
普通的半导体光源和半导体激光器利用诸如砷化镓(GaAs)的直 接带隙化合物半导体。通常，它们根据带间电子跃迁的原理来工作， 其中，当半导体材料中的激发电子从导带边缘跃迁到价带边缘时发 光。
相比较，诸如硅(Si)的间接带隙半导体需要发射或吸收声子，以 使得电子从导带边缘跃迁到价带边缘。在其它条件都相同的情况下， 这种需要使得这样跃迁的概率比不需要声子时的概率小。结果，光的 发射也可能较弱，因此，尽管Si是最广泛使用的半导体，但并不认为 Si是制造半导体光源的合适材料。
另一种类型的半导体光源是半导体量子级联激光器，其利用也被 称作子带间跃迁的带内跃迁，其中，被激发到导带或价带中的较高能 级能带(即，较高子能带)的电子下降到同一带中的较低能级能带(即， 较低子能带)。量子级联激光器传统上基于诸如砷化镓铟和砷化铝铟 (Gain As/Alln As)的化合物半导体。Gain As/Alln As量子级联激光器通 常产生中红外线(IR)光诤范围(例如，在4和13nm之间)内的光。
也研究了使用硅和锗的结合的量子级联激光器。遗憾的是，实现 基于Si/Ge的激光器是相当困难的。这是因为a) Si和Ge之间大的晶 格失配，例如，4%; b)必须使用价带的事实，由于与使用导带相比 其具有额外的复杂度，从而使用价带不够理想；以及c)Si和Ge的导带 和价带之间小的带偏移。尽管已经观察到一定的场致发光，但并不认 为已利用Si和Ge实现了激光发射。此外，可预料到，即使利用Si和Ge实现激光发射，工作波长也将大于18jun，但这对于当前的电信应用也 是不适用的。

发明内容
根据本发明的原理，利用基于硅和氟化钾(CaF2)的结合的光源克 服了开发可以在基于硅的衬底上构建的半导体光源的问题。硅和氟化 钙不需要是纯的，而是可以对其进行掺杂，或者甚至可使其形成合金， 从而控制它们的电学和/或物理特性。
优选地，该光源利用硅和氟化钩的例如被布置为多层结构的交织 部分，并且该光源利用导带中的子带间跃迁来工作。更具体地，具有 比CaF2的带隙小的带隙的Si提供量子阱，而具有比Si的带隙大的带隙 的CaF2提供势垒。有益地，这样的光源具有低的晶格失配，例如，小 到0.55%，并且具有大的导带偏移，例如，大约2.2电子伏特。可调节 Si和CaF2光源以发射近红外光谱范围内的光，例如，在l^im和4nm之 间，更特别地，在1.5nm和1.3pm之间，其中每一个都适于现代电信应 用。更有益地，主要基于硅的光源比基于GaAs的光源的制造成本更低， 并且更易于将这种光源与基于硅技术的传统电子器件集成。
将Si和CaF2与诸如锗和氟化镉(CdF2)的其它材料结合，例如，对 其掺杂该其它材料和/或使其与该其它材料形成合金，提供了进一步定
制光源特性的可能性。例如，通过使少量的Ge与硅形成合金，可实现 理想的晶格匹配。通过使氟化镉(CdF2)与CaF2形成合金以及利用诸如 镓(Ga)的三价金属离子对其进行掺杂，可使所得到的结合导电。
可将光源布置为形成量子级联激光器、环形谐振腔激光器和波导 光放大器。


在附图中
图1示出了根据本发明原理的基于硅(Si)和氟化钙(CaF2)的结合 构建的示例性半导体光源；图2示意性地示出了不施加电压时图l示出的示例性半导体光源
的导带图的基本部分；
图3示意性地示出了施加电位差时图l示出的示例性半导体光源 的导带图的扩展部分；
图4示出了显示以埃为单位的量子阱宽度和所导致的相应子带能 量之间的一般关系的近似的曲线图5示出了适用于各种激光器配置的另一示例性半导体光源的活 性(active)区；
图6示意性地示出了在图5所示的示例性半导体光源活性区两端 施加电压时该示例性半导体光源活性区的导带图7示出了用来起到能量弛豫区的作用和注入区的作用的"超晶 格"区；
图8示意性地示出了在图7的示例性超晶格两端不施加电压时该 示例性超晶格的导带图9示意性地示出了在图7的示例性超晶格区两端施加电压时该 示例性超晶格的导带图10示出了利用形成图5的活性区的层和形成图7的超晶格区的
层的多重重复的示例性量子级联激光器的部分截面结构；以及
图ll示出了图IO所示的示例性量子级联激光器的部分三维视图。
具体实施例方式
以下只图解说明了本发明的原理。因此，将理解，本领域的技术 人员可设计体现本发明原理的各种结构，尽管在此没有明确地描迷或 示出，并且这些各种结构被包括在其精神和范围之内。此外，只为了 示教来帮助读者理解促进该技术的本发明的原理和发明者所贡献的 概念，使所有示例和在此陈述的条件语言原理性地且清楚地得到设 计，并且不限于这种特定叙述的示例和条件来进行构建。然而，所有 在此叙述本发明的原理、各方面和实施例以及其特定示例的陈述旨在 包括其结构和功能的等价物两者。此外，其旨在这种等价物包括当前已知的等价物以及将开发的等价物，即，包括不管结构如何的、执行 相同功能的任何开发元素。
在权利要求中，表达为执行特定功能的任何元素旨在包括执行该
功能的任何方式。这可包括例如a)执行该功能的电子或机械元素的 结合或者b)任何方式的软件，由此包括固件或微码等，其与执行该软 件的合适的电路结合以实现该功能，以及有必要的话，机械元素与软 件控制的电路耦接。如由权利要求所限定的本发明具有以权利要求所 要求的方式进行结合和集合由各种所述单元提供的功能的事实。因 此，申请人认为可提供那些功能的任何单元与在此所示的那些等价。
软件模块或被意味是软件的实际模块在此可表示为显示处理步 骤的性能和/或文本表述的流程图单元或其它单元的任何结合。通过明 确或暗示地示出的硬件可执行这些模块。
除非在此明确地指定，附图没按比例画出。
此外，除非在此明确地指定，任何在此所示和/或所述的透镜实 际上是具有该透镜的特定指明特性的光学系统。可通过单透镜单元来 实现这样的光学系统，但不必限于此。类似地，实际示出和/或描述的 反射镜是具有这种反射镜的特定特性的光学系统，其可通过单反射镜 单元来实现，但不必限于单反射镜单元。这是因为如本领域中众所周 知的各种光学系统仅以具有例如较少变形的超级方式可提供单透镜 单元或反射镜的相同功能。此外，如本领域中众所周知的，曲面镜的 功能可通过结合透镜和反射镜来实现，并且反之亦然。此外，执行特 定功能的光学组件的任何布置，例如，成像系统、光栅、涂层单元和 棱镜，可由执行相同特定功能的光学组件的任何其它布置代替。因此， 除非在此明确地指定，为了本公开，在此公开的全部实施例中的可提 供特定功能的所有光学单元或系统是彼此等价的。
在说明书中，在不同附图中的相同附图标记的组件意味着相同的组件。
图l示出了根据本发明原理构建在基于硅的衬底上的示例性半导 体光源100。更具体地，光源100基于硅(Si)和氟化钙(CaF2)的结合。可对硅和氟化钙进行掺杂或者使其形成合金以控制它们的电学和/或物 理特性。
半导体光源100作为基本发光单元来工作。从原理上讲，半导体 光源100是单量子阱结构，并且具体地，其是具有CaF2势垒的单硅量 子阱。更具体地，由于与CaF2相比，Si具有较小的带隙，所以Si提供 量子阱，而具有比Si的带隙大的带隙的CaF2提供势垒。在量子阱结构 一侧上的电极提供电子，该电子隧道贯穿势垒并且可由在量子阱结构 另一侧上的电极获得。优选地，半导体光源100利用导带中的子带间 跃迁来工作。有益地，这样的光源具有低的晶格失配，例如，小到 0.55%,并且其具有大的导带偏移，例如，大约2.2电子伏特。
物理上，光源100包括a)硅(Si)衬底101; b) 二氧化珪层SiOz 102; c)Si层103; d)导电Si (n+Si)层105; e) CaFz层107; f) Si层109; g)CaF2层lll; h)导电CaFz层113; i)金属层115和117;以及j)导体 125和127。
村底101可以是诸如商业上可获得那些传统的硅晶片。二氧化硅 层102是传统的SiO2层，通常被称作埋置氧化物(BOX)层。与Si相比，
SiO2层102具有较低的折射率。因此，该层起到提供对以上在具有较 高折射率的区域中产生的光的约束的作用，从而避免从该区域泄漏出
去。换句话讲，SiO2层102提供使所产生的光免于泄漏进入衬底101的
光隔离。Si层103是Si的单晶层，其提供其上生长出构成光源100的活
性层的附加单晶层的基底(base)。由Si村底lOl、 二氧化硅层102和Si
层103构成的晶片可商业性获得，并且被称为绝缘体上硅(SOI)晶片。
可将导电硅层105掺杂成n型，使得其合适地导电并且可有效地起 到量子阱结构的一个电极的作用。换句话讲，导电硅层105被布置为 起到板电极的作用。本领域的技术人员可容易地对导电硅层105适当 地掺杂以实现期望的导电程度。通常，导电硅层105越多，将产生越 多的光。将导电硅层105电连接到金属电极层117，其进而又耦接到导 体127，使得电流通过导体127和电极层117而传导到硅层105。
CaF2层107是CaF2的例如5至50埃的薄层，不需对其进行掺杂。Si层109是Si的例如5至100埃的薄层，不需对其进行掺杂。CaFz层lll 是CaF2的例如通常为5至50埃的薄层，不需对其进行掺杂。
导电CaF2层113是与至少一种其它材料结合的CaF2层。通常，与 较薄的CaF2层107和lll相比，导电CaF2层113比较厚。导电CaFz层113 与至少一种其它材料结合，例如用该其它材料对其进行掺杂或使其与 该其它材料形成合金，使得所形成的结合有效地导电，例如，n型导 电。 一种实现n型导电的方式是使CdF2与层113的CaF2形成合金，并且 然后利用例如镓(Ga)的三价金属离子对该合金整体进行掺杂。应该注 意，使用"合金，，所表示是CdF2的浓度比仅被视为掺杂剂的浓度高。 例如，利用硅中浓度为0.005。/o的锑可执行对导电Si层105的摻杂，而 CaF2与CdF2的合金可以在CaFz中包括l%的CdF2。
与导电硅层105类似，导电CaF2层113起到电极的作用。将导电 CaF2层113电连接到金属电极层115,其进而又被耦接到导体125，使 得通过导体125和电极层115将电流传到导电CaF2层113。
可调节诸如图1的示例性半导体光源100的Si和CaF2光源以发射 近红外光镨范围内的光，例如，在ljim和4jtm之间，并且更特别地， 在1.3nm或1.5fim之间，其中的每一个适于现代电信应用。更有益地， 主要基于硅的光源比基于其它化合物的半导体的光源制造成本低。也 易于将基于硅的光源与基于硅技术的传统电子器件和光子器件集成。
应该注意，尽管已经示出了n型Si和CaF2，但是本领域的技术人 员将意识到可类似地利用p型Si和CaF2。
图2示意性地示出了不在导体125和127之间施加电压时诸如示例 性半导体光源100(图1)的示例性半导体光源的导带图的基本部分。区 域209(图2)示出了Si量子阱，其由CaF2区207和211形成。应该注意， 区域209对应于Si层109(图1)，而CaF2区207和211(图2)分别对应于 CaF2层107和lll(图l)。还应该注意，限定区域207、 209和211的线段 247、 249和251表示用于其相关层的材料的导带底部。作为区域207或 区域211中导带的底部与区域209中导带的底部之间的势差的导带偏 移(对应于量子阱的高度)大约是2.2电子伏特。在图2中也示出能带221和223，其具有能量E1和E2，其中E2大约 El。尽管电子处于区域209中，但是电子只能存在于能带221和223中 的一个上。E2和E1之间的能量差取决于所使用的特定材料和其各自层 的厚度。优选地，E2和E1之间的能量差可以为大约0.8电子伏特，这 对应于约1.5nm的光波长。或者，E2和E1之间的能量差可以为约 0.95eV，这对应于约1.3nm的光波长。
将Si和CaF2与诸如锗和氟化镉(CdF2)的其它材料结合，例如用该 其它材料对Si和CaF2进行掺杂和/或使Si和CaF2与该其它材料该形成 合金，从而提供进一步定制根据本发明原理布置的半导体光源的特性 的可能性。例如，在示例性半导体光源100(图1)中，可通过使少量的 Ge与硅层109的硅形成合金来实现理想的晶格匹配。通过使氟化镉 (CdF2)与CaF2层107或lll中的一个或两个的CaF2形成合金，可使所形 成的结合导电。添加这种材料改变了对其进行了添加的材料的带隙， 并且改变了其带对准。结果，当结合使用这种材料来形成示例性光结 构100时，与没有添加材料时相比，在所形成的子带之间的间隙发生 了变化。因此，可控制子带中的间隙，并且从而控制所产生的光的波 长。如本领域的技术人员易于理解的，用于本发明这种实施例的实际 导带图类似于图2的导带图，但不必精确地相同。
类似于图2，图3示意性地示出了根据本发明原理布置的诸如示例 性半导体光源100(图1)的示例性半导体光源的导带图的扩展部分。然 而，与图2不同，在图3中，导带图是针对导体125和导体127之间存在 电位差时的，因为这是在通常的工作条件下。区域309(图3)示出了Si 量子阱，其由CaFz区307和311形成。应该注意，区域309对应于Si层 109(图1)，而CaF2区域307和311(图3)分别对应于CaFz层107(图l)和 111。应该注意，与对应区域209的底部249(图2)相比，区域309(图3) 的底部349(图3)是倾斜的。这是由于施加了电压。类似地，与各自对 应的线段247(图2)和251相比，分别对应于导带底部的区域307和311 的顶部线段347和351是倾斜的。然而，作为区域307中导带的底部或 区域311中导带的底部和与其最邻近的区域309中导带的底部之间的势差的导带偏移与不施加电压时(如图2所示)相同，并且因此，该导带 偏移仍然大约是2.2电子伏特。
图3中还示出能带321和323，其具有能量E1和E2，其中E2大于 El。尽管电子处于区域309中，但是该电子只能存在于能带321和323 中的一个上。E2和E1之间的能量差取决于所使用的特定材料和其各自 层的厚度。优选地，E2和E1之间的能量差可以为约0,8电子伏特，这 对应于约1.5nm的光波长。或者，E2和E1之间的能量差可以为约 0,95eV，这对应于约1.3pm的光波长。
例如，图4示出了显示以埃为单位的量子阱宽度和所导致的以电 子伏特(eV)表示的相应子带能量之间的 一般关系的近似的曲线图。量 子阱宽度对应于Si层109的厚度。应该注意，期望在量子阱中具有至少 两个子带，并且希望那两个子带之间的能量对应于期望的光波长。例 如，利用由间隔开大约0.8eV的两个子带，所产生的光大约是1.5nm， 而利用由间隔开大约0.95eV的两个子带，所产生的光大约是1.3jun。 如上所解释的，可通过将材料添加到基本层材料来改变子带之间的间 隙，并因此改变所产生的光的波长。本领域的技术人员将容易选择适
当的宽度和添加的材料来产生期望的光波长。
回到图3，应该注意，分别对应于金属层115(图1)和导电硅层105 的导带的导电区域315和305充满电子。此外，区域313的导带的底部 充满电子。应该注意，由导电区域315提供的电子穿过导电CaF2区313, 导电CaF2区313对应于导电CaF2层113(图l)。这些电子然后以量子力 学方式隧道贯穿CaF2区307到达对应于区域309的量子阱中的能级 323。当电子从能级323自发跃迁到能级321时，其发射光子，如由量 子跃迁325示意性表示的。减少了能量的电子然后隧道贯穿CaF2区311 到达导电硅区305。从那儿，电子可离开所述结构。
图5示出了另一示例性半导体光源的活性区500。活性区500适用 于各种激光器配置。活性区500包括CaF2层507、 511、 541和561以及 Si层509、 539和561。应该注意，层的相对厚度没按比例，而是为了示 教的目的来表示。应该注意，如上面针对Si和CaF2的层所述，每一层的基本材料可与其它材料结合，从而控制所形成的带隙。还应该注意， 在任何被掺杂或被形成合金的层中的任何摻杂剂或形成合金的材料 的浓度可分别与任何其它层中的掺杂剂或形成合金的材料的浓度不 相关。
图6示意性地示出了在示例性半导体光源活性区500(图5)两端施 加电压时示例性半导体光源活性区500的导带图。在量子阱内的任何 可用子带中发现电子的概率密度被叠加在图6的导带图上。应该注意， 针对与能态相关联的波函数的模平方来计算这种概率密度。
更具体地，区域609表示了在CaF2区607和611之间的Si量子阱， CaF2区607和611中的每一个起到势垒的作用。量子阱由位于CaF2层 507和511之间的Si层509(图5)形成，其中区域609(图6)对应于Si层 509(图5)，而区域607(图6)和611分别对应于CaF2层507(图5)和511。类 似地，区域639(图6)表示了由起势垒作用的CaF2层611和641形成的Si 量子阱。应该注意，区域639对应于Si层539(图5),而CaF2区611(图6) 和641分别对应于CaF2层511(图5)和541。同样，区域659(图6)表示了 由Si层559(图5)与CaF2区647(图6)和661形成的Si量子阱，其中CaFz区 647(图6)和611对应于起到势垒作用的层557(图5)和561 。当没掺杂时， 作为在CaF2区607(图6)、 611、 641和661中的一个中的导带的底部与其 相邻的Si区609、639或659中与其相邻的一个的导带的底部之间的势差
的导带偏移是相同的。
由于示例性半导体光源活性区500(图5)的多层结构和各层的宽 度，4吏得由此形成的量子阱609(图6)、 639和659相互作用，从而形成 量子阱系统。在量子阱系统中，存在具有能量E1、 E2和E3的能带619、 621和623，其中E3大于E2，而E2大于E1。在示例性半导体光源活性 区500(图5)中的电子可以只存在于能带621(图6)、 623和619中的一个 上。尽管将这些能级中的每一个都被示出为存在于量子阱中的仅一个 中，但是存在由概率密度表示的、发现电子在不同量子阱中处于那一 能级上的概率。然而，为了清楚起见，在相应的量子阱中示出了每个 能级，该相应量子阱具有发现电子在那一量子阱中处于那一能级的最大概率。
能级之间的能量差取决于所使用的特定材料和所使用材料的层
的厚度。优选地，E2和El之间的能量差是约0.8eV，这对应于约1.5nm 的光波长。或者，E2和El之间的能量差是约0.95eV，这对应于约1.3nm 的光波长。此夕卜，优选地，E2和E3之间的能量差是相当于声子的能量。 对于电子来讲，主要操作是隧道贯穿CaF2区607到达量子阱609 中的能级E1。当电子隧道贯穿CaF2区611到达量子阱639同时下降到其 中的能级E2时，发射光子。其后，当电子隧道贯穿CaF2区641同时下 降到量子阱659中的能级E3时，发射声子。将该声子的发射和从E2下 降到E3传统上称作弛豫。然后，电子通过隧道贯穿CaF2区661而离开 活性区500。
图7示出了用来起到能量弛豫区的作用和注入区的作用的所谓的 "超晶格，，区700。就其功能而言，超晶格区700将电子从一个活性区有 效地传输到另一个活性区。更具体地，超晶格区700需要具有足够的 长度，以便在其和其所连接的两个活性区两端的偏压使得两个活性区 中具有较高势能级的活性区的最低能级(例如弛豫能级)与由超晶格区 700耦接的两个活性区中具有较低势能级的活性区的最高能级匹配。
超晶格区700由Si(例如Si层709、 713、 717、 721、 725、 729和733) 和CaF2(例如CaF2层707、 711、 715、 719、 723、 727、 731和735)的交 替层制成。通常，超晶格区700的Si层被轻度掺杂以提高导电性并使电 子便于传输通过超晶格区700。可对超晶格区700的CaF2层进行掺杂。 通常CaF2层的宽度可保持不变，而使Si层的宽度改变。所用的层数以 及对于每一层所要求的掺杂(如果有的话)需要使得在施加电位电压时 超晶格的作为结果的能级重叠，从而a)形成所谓的"微，，带；以及b) 提供足够的空间间隔，以使得所施加的电位差可将从超晶格区700向 其提供电子的活性区最高能带变换到与超晶格区700从其中接收电子 的弛豫能级相同的能级。因此，就层数及其宽度的特定设计取决于当 工作时活性区的能级和所期望的特定工作电位差，并且该设计应该使 得在通常的工作条件下形成微带。本领域的技术人员可易于能够设计用于各种应用的超晶格区。
图8示意性地示出了不在示例性超晶格700(图7)两端施加电压时 示例性超晶格700的导带图。如图所示，由夹在对应于超晶格区700(图
7) 的CaF2层的CaF2势垒807(图8)、 811、 815、 819、 823、 827、 831和 835中的两个之间的超晶格区700(图7)的Si层形成的每个量子阱809(图
8) 、 813、 817、 821、 825、 829和833具有能态861、 863、 865、 867、 869、 871和873中的优选的相应能态。
图9示意性地示出了在示例性超晶格700(图7)两端施加电压(例如 在通常的工作条件下)时示例性超晶格700的导带图。如图9所示，形成 微带999，电子可容易地通过该微带999。此外，对于每个连续层，导 带的底部从如图8所示不施加电位差时的值移动。
图IO示出了使用形成活性区500(图5)的层和形成超晶格区700(图 7)的层的多重重复的示例性量子级联激光器1000的部分截面结构。更 具体地，在图10中示出了统称为超晶格区1031的超晶格区1031-1和 1031-2以及统称为活性区1035的活性区1035-1和1035-2 。超晶格区 1031用作注入区，其将电子提供到活性区1035中形成的多量子阱。活 性区1035工作以发光。所使用的交替的活性区和超晶格区的数量是任 凭实现者来确定的。此外，根据应用，不需要使用超晶格区1031-1。 超晶格区1031-1用来为电子提供从电极1017到活性区域1035-1的有效 通道。
优选地，在示例性量子级联激光器1000的交替的活性区和超晶格 区的、与衬底1001相对的端部，使超晶格区1035形成合金。CaF2/CdF2 超晶格区1035具有类似于超晶格区700(图7)的结构但其中硅层由CdF2 代替的结构。CaF2/CdF2超晶格区1035(图10)的各个层的厚度由施加工 作电压时形成微带所需要的能级确定，如以上针对超晶格区700(图7) 所述。CaF2/CdF2超晶格区1035(图10)用作导体，然而由于与由活性区 1035中与CaF2/CdF2超晶格区相邻的 一个表现的有效折射率相比， CaF2/CdF2超晶格区具有较低的有效折射率，所以其约束了量子级联 激光器1000中的光。该约束与由上述的SK)2层102执行的功能相同。示例性量子级联激光器1000还包括a)硅(Si)衬底101; b) 二氧 化硅层Si02 102; c) Si层103; d)导电81(11+ Si)层105; e)金属层115 和117;以及j)导体125和127。
可利用分子束外延来沉积Si和CaF2以及CdF2的各个层。为了沉 积硅，可利用例如电子束蒸发器的电子束源作为Si原子的源。对于 CaF2、 CdF2和掺杂剂，可利用例如蒸镀源(effusioncell)的热蒸发器作 为分子源。
图ll示出了示例性量子级联激光器1000的三维视图的一部分。示 出了金属层115和117、导体125和127以及面1055和1071。面1055是部 分反射的以在它们之间形成其中产生激光的光学腔。通过切开面 1055、或用反射性物质涂敷面1055、或两者的结合，可使该面1055具 有反射性。可以通过一种方式使面1055中的每一个面具有反射性，并 且达到一定程度，该程度与面1055中的另一个面不相关。面1071是示 例性量子级联激光器1000的下层，例如硅(Si)衬底lOl、 二氧化硅层 Si02、 Si层103和导电Si(n+Si)层。示出了从面1055之一发射激光1075。
本领域的技术人员易于理解，根据本发明原理布置的半导体光源 不必简单地是平直型的，而可使其成为形成例如环形谐振腔激光器或 波导光放大器的各种形状。
权利要求
1.一种半导体结构，包括硅(Si)和氟化钙(CaF2)，该半导体结构可作为光源来工作。
2. 如权利要求l所述的发明，其中，所述半导体结构还包括至少 两个电极。
3. 如权利要求l所述的发明，其中，所述硅和所述氟化钙中的至 少一个被掺杂。
4. 如权利要求3所述的发明，其中，所述硅中的至少一些被掺杂 有掺杂剂而成为n型硅。
5. 如权利要求3所述的发明，其中，所述氟化钙被掺杂有掺杂剂 而成为n型氟化钙。
6. 如权利要求5所述的发明，其中，氟化钙与氟化镉形成合金。
7. 如权利要求l所述的发明，其中，布置所述半导体结构以具有 非平直的形状。
8. 如权利要求l所述的发明，其中，所述半导体结构适应于被电泵浦。
9，如权利要求l所述的发明，其中，所述半导体结构利用子带间 跃迁来工作。
10. 如权利要求9所迷的发明，其中，所述子带间跃迁发生在导带中。
11. 如权利要求9所述的发明，其中，使所述Si形成为至少一层， 其具有范围从5埃至100埃的厚度。
12. 如权利要求9所述的发明，其中，使所述CaF2形成为至少一 层，其具有范围从5埃至50埃的厚度。
13. 如权利要求12所述的发明，还包括不与氟化镉形成合金的所 述CaF2的至少一层，并且其中，与不与氟化镉形成合金的所述CaF2 层相比，CaF2和氟化镉的所述合金的所述层更易被掺杂而具有导电 性。
14. 如权利要求l所述的发明，其中，所述硅与锗形成合金。
15. 如权利要求9所述的发明，其中，硅和锗的所述合金实现了 与所述CaF2接近理想的晶格匹配。
16. 如权利要求l所述的发明，其中，所述半导体结构的至少一 个表面可至少部分地反射所述光。
17. 如权利要求l所述的发明，其中，将所述硅和所述氟化钾布 置成交替层。
18. 如权利要求17所述的发明，其中，所述硅和所述氟化钾的所 述交替层形成至少一个活性区。
19. 如权利要求17所述的发明，其中，所述硅和所述氟化钾的所 述交替层形成至少一个超晶格区。
20. 如权利要求17所述的发明，还包括在其上形成所述硅和所述 氟化钩的所述交替层的基底。
21. 如权利要求20所述的发明，其中，所述基底还包括硅的村底、 在所述硅的衬底上的二氧化硅层、在所述二氧化硅层上的硅层以及在 所述硅层上且被掺杂而导电的硅层。
22. 如权利要求21所述的发明，还包括在所述导电的硅层的至少 一部分上的金属层。
23. —种产生光的方法，包括将一个或多个电子注入到具有量子 阱和势垒的量子阱结构中，其中基本上包括硅的层形成所述量子阱， 而主要包括氟化钾的层提供所述势垒。
全文摘要
一种光源基于硅和氟化钙(CaF₂)的结合。硅和氟化钙不需要是纯的，而是可以对其进行掺杂，或者甚至可使其形成合金，从而控制它们的电学和/或物理特性。优选地，该光源利用硅和氟化钙的例如被布置为多层结构的交织部分，并且该光源利用导带中的子带间跃迁来工作，从而发射近红外光谱范围内的光。该光源可被布置为形成量子级联激光器、环形谐振腔激光器和波导光放大器。
文档编号H01S5/30GK101305505SQ200680032380
公开日2008年11月12日 申请日期2006年8月23日 优先权日2005年9月6日
发明者陈亦凡 申请人:朗迅科技公司