[发明专利]包括三耦合量子阱结构的光学设备

说明书

一种光学设备，包括有源层，该有源层包括至少两个外部势垒以及被插入在所述至少两个外部势垒之间的至少一个耦合量子阱。每个耦合量子阱包括至少三个量子阱层以及分别被设置在所述至少三个量子阱层之间的至少两个耦合势垒。被布置在所述至少三个量子阱层的相对端部分处的两个量子阱层的厚度小于在被布置在所述相对端部分处的两个量子阱层之间布置的其他量子阱层的厚度。被布置在所述相对端部分处的两个量子阱层的带隙可以高于被布置在所述两个量子阱层之间的其他量子阱层的带隙。

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年4月4日向韩国特许厅提交的韩国专利申请No.10-2014-0040746的优先权，通过引用将其公开内容全部合并于此。

技术领域

示例实施例涉及包括三耦合量子阱结构的光学设备，和/或涉及可以提高多量子阱结构中的光吸收强度而无需增加驱动电压的包括三耦合量子阱结构的光学设备。

背景技术

三维(3D)相机典型地不仅具有一般的图像捕获功能，而且具有测量距物体表面上的多个点的距离的功能。最近已经提出多种算法用于测量物体与3D相机之间的距离。典型的算法是飞行时间(TOF)算法。根据TOF法，将照明光照射到物体上，然后测量直到从物体反射的照明光被光接收单元接收为止的飞行时间。可以通过测量照明光的相位延迟来获得照明光的飞行时间。使用高速光学调制器来准确地测量相位延迟。

典型地使用具有优越的电光响应特性的光学调制器来获得具有高距离准确度的3D图像。最近，使用基于GaAs的半导体光学调制器。基于GaAs的半导体光学调制器具有P-I-N二极管结构，其中在P电极与N电极之间布置多量子阱(MQW)结构。在该结构中，当反向偏置电压被施加到P-N电极之间时，NQW结构在特定波长带中形成激发子，并且吸收光。MQW结构的吸收谱特性上随着反向偏置电压增加而朝向长波长移动。因此，特定波长处的吸收程度可以根据反向偏置电压的改变而变化。因此，根据上述原理，可以通过调节施加到光学调制器上的反向偏置电压来调制具有特定波长的入射光的强度。

在光学调制器中，距离准确度随着指示在施加电压时与不施加电压时之间吸收程度的差的对比率(例如，解调对比度)增加而增加。以低电压驱动有利于减小或防止因热造成的性能劣化。通常，可以通过增加MQW结构中的光吸收强度和跃迁能量来实现对比度的增加。光吸收强度与量子阱层的厚度成反比，并且与利用每个波函数的面积之和将量子阱层中空穴的波函数与电子的波函数之间的重叠的程度的平方归一化获得的值成正比。此外，指示吸收谱朝向长波长移动的程度的跃迁能量与量子阱层的厚度的四次方成正比，并且与施加的电压的平方成正比。

然而，当减小量子阱层的厚度以提高光吸收强度时，跃迁能量减小，并且施加的电压增加以补偿跃迁能量的减少。反之，当增加量子阱层以增加跃迁能量时，空穴的波函数与电子的波函数之间的重叠程度降低，并且通过电子-空穴对产生的激发子减少，使得吸收强度降低。因而，由于高吸收强度和低驱动电压处于折衷选择的关系，所以难以同时实现吸收强度的提高和驱动电压的减小。

在TOF型3D相机中，通常使用红外范围内的具有大约850nm的波长的光作为照明光。由于GaAS衬底相对于850nm波长的光不透明，所以向制造光学调制器的过程中添加去除GaAs衬底的复杂工艺。近来，为了省略复杂的额外工艺，已经设法使用透射穿过GaAs衬底的具有大约870nm或更长(例如，大约940nm)的波长的光作为照明光。然而，由于适合用于具有940nm共振波长的光学调制器的量子阱层和势垒的材料的晶格常数与GaAs衬底的共振波长不匹配，所以可能产生应力和应变。除非应力和应变得以补偿，否则很多层的量子阱将不会被堆叠，并且因而难以增加光学调制器的吸收强度。

发明内容

示例实施例涉及包括三耦合量子阱结构的光学设备，其可以提高多量子阱结构中的光吸收强度而无需增加驱动电压。

另外的示例实施例将部分地在下面的描述中得以阐述，并且部分地将从描述中变得显而易见，或者可以通过本实施例的实践习得。