專利名稱：多層膜納米微腔電流放大器的制作方法
技術領域：
本發明屬于電流放大器領域，特別涉及一種多層膜納米微腔電流放大器。
背景技術：
隨著納米微加工技術的發展和成熟，激光器越來越向著小型化的方向發展，微米微腔、納米微腔的激光器由于其靈敏度高、體積小、能量集中而被更多的應用于進行生物探測器、信息存儲、光計算、近場光學成像、納米光刻技術和分子操縱技術等領域；并且，隨著科技發展，越來越多的領域對超小型光電子器件的需求不斷增長。由于理論和工藝的限制，現在的電子器件正面臨著巨大的挑戰。由于理論的限制，由尺寸逐漸變小引發一系列量子現象、小尺寸效應等問題，已經成為制約光電子器件進一步發展的關鍵因素。而由于工藝的限制，使得現在的半導體器件面臨著其反應速度和高頻響應的極限。大多數半導體電子器件在高頻區中會面臨著無法工作的難題。在電子器件中，為了增強三極管的反應速率和高頻特性，不得不把基區做的很薄， 減少電子在基區渡越時間，但是這樣的器件面臨著基區寬度調變效應的理論極限和工藝制作上的困難。因此設計一種可以增強反應速度并擁有良好高頻特性的小尺寸器件，用以突破目前理論和工藝上半導體器件的制作極限勢在必行。
發明內容
為了解決上述問題，本發明提出了多層膜納米微腔電流放大器。在應用納米微腔技術減小器件尺寸的基礎上，通過電致發光材料提供光子，光子被光電二極管結構吸收形成光電子，以電子躍遷和光子吸收的時間代替普通三極管的基區渡越時間、發射區渡越時間和發射區充電時間，在提供電流放大的基礎上，將器件尺寸減少到納米量級并大大提高器件響應速率和高頻特性。多層膜納米微腔電流放大器，包括發射極、電致發光材料、基極、ρ型摻雜波導層、η 型摻雜波導層和集電極，在發射極的金屬層上依次生長制備電致發光材料、基極、P型摻雜波導層、η型摻雜波導層和集電極的層狀結構，每層結構的界面之間粗糙度小于2納米，P型摻雜波導層和η型摻雜波導層組成光電二極管結構。與目前市面上的三極管器件相比，本發明的電流放大器具有尺寸小、反應速度快、 高頻特性好等優點；并且除了提供類似三極管的電流放大效果之外，還可以用作納米微腔發光器件。其應用廣泛，并不限于本身三極管的工作范圍。
圖1為本發明多層膜納米微腔電流放大器的結構立體圖。圖2為本發明多層膜納米微腔電流放大器的共基極電流放大接法。
圖3為本發明多層膜納米微腔電流放大器的共發射極電流放大接法。圖4為本發明多層膜納米微腔電流放大器的正偏發光接法。圖中1、發射極、2、電致發光材料、3、基極、4、p型摻雜波導層、5、n型摻雜波導層， 6、集電極。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細說明。如圖1所示，多層膜納米微腔電流放大器，包括發射極1、電致發光材料2、基極3、 P型摻雜波導層4、n型摻雜波導層5和集電極6，在發射極1的金屬層上依次生長制備電致發光材料2、基極3、p型摻雜波導層4、n型摻雜波導層5和集電極6的層狀結構，每層結構的界面之間粗糙度小于2納米，ρ型摻雜波導層4和η型摻雜波導層5組成光電二極管結構。所述電致發光材料2、基極3、ρ型摻雜波導層4和η型摻雜波導層5這4層結構的厚度加起來，小于電致發光材料2在通電情況下發光波長的一半。所述基極3的厚度要很薄，不能阻擋光子穿過。發射極1和集電極6是200nm厚的金膜，基極3是IOnm厚的金膜，金膜可以提供表面等離子體激元，同時用作電極。電致發光材料2是厚度為50nm的Nd:YAG固體發光材料， 在通電情況下發出真空中波長為1064nm的光子。ρ型摻雜波導層4采用材料為P-hGaAs、 η型摻雜波導層5采用材料為N-hGaAs/N—InP材料，兩者組成的光電二極管，其總厚度在 200nm左右。在電流放大模式接法(圖2、圖3)中由Nd:YAG材料激發出來的光子，被ρ型摻雜波導層4、η型摻雜波導層5組成的光電二極管結構吸收，并且在光電二極管內激發出電子-空穴對。在反偏電場的作用下，電子被掃向集電極，空穴被掃向基極，與基極和發射極漂移過來的電子復合，從而減小基極電流。在Nd: YAG材料的量子效率達到100%，ρ型摻雜波導層4、η型摻雜波導層5組成的光電二極管的量子效率達到98%的時候，集電極電流是基極電流的49倍，實現了電流放大。在發光模式接法(圖4)中，由于ρη結正偏，即便由Nd:YAG材料激發出來的光子， 被P型摻雜波導層4、η型摻雜波導層5組成的光電二極管吸收，并且在光電二極管內激發出電子-空穴對，在正偏電場的作用下，電子仍向Nd:YAG材料注入，量子效率很小，此時激發出來的光子大多數耦合成為表面等離子體激元并在器件邊界出射，實現電致發光的納米光源。
權利要求
1.多層膜納米微腔電流放大器，其特征在于，該裝置包括發射極(1)、電致發光材料 (2)、基極(3)、ρ型摻雜波導層(4)、η型摻雜波導層(5)和集電極(6)，在發射極(1)的金屬層上依次生長制備電致發光材料O)、基極(3)、ρ型摻雜波導層G)、n型摻雜波導層(5) 和集電極(6)的層狀結構，每層結構的界面之間粗糙度小于2納米，所述ρ型摻雜波導層 (4)和η型摻雜波導層(5)組成光電二極管結構。
2.根據權利要求1所述的多層膜納米微腔電流放大器，其特征在于，所述電致發光材料O)、基極(3)、ρ型摻雜波導層(4)和η型摻雜波導層(5)的總厚度小于電致發光材料 (2)在通電情況下發光波長的一半。
3.根據權利要求1所述的多層膜納米微腔電流放大器，其特征在于，所述基極(3)的厚度小于光子穿過的距離。
全文摘要
多層膜納米微腔電流放大器屬于電流放大器領域，該放大器包括發射極、電致發光材料、基極、p型摻雜波導層、n型摻雜波導層和集電極，在發射極的金屬層上依次生長制備電致發光材料、基極、p型摻雜波導層、n型摻雜波導層和集電極的層狀結構，每層結構的界面之間粗糙度小于2納米，本發明提出了一種新型納米微腔電流放大器的設計。在應用納米微腔技術減小器件尺寸的基礎上，通過電致發光材料供光子，光子被光電二極管結構吸收形成光電子，以電子躍遷和光子吸收的時間代替普通三極管的基區渡越時間、發射區渡越時間和發射區充電時間，在提供電流放大的基礎上，將器件尺寸減少到納米量級并大大提高器件響應速率和高頻特性。
文檔編號H03F3/21GK102347735SQ20111012977
公開日2012年2月8日 申請日期2011年5月19日 優先權日2011年5月19日
發明者張金龍, 王立軍, 秦莉, 陳泳屹 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所