[发明专利]低调制电压的低温二极管结构

说明书

一种用于在低温温度下工作的激光器或光发射器包括单量子阱层、直接位于单量子阱层的第一表面上的n型势垒层，以及直接位于单量子阱层的与单量子阱层的第一表面相对的第二表面上的p型势垒层。单量子阱层位于p型势垒层与n型势垒层之间，并且n型势垒层与p型势垒层的成分渐变。

【相关申请的交叉引用】

本申请涉及并要求2018年12月21日提交的编号为62/784,217的美国临时专利申请的权益，此处以引证的方式将该申请并入，如同完全阐述一样。

【关于联邦资金的声明】

无

【技术领域】

本公开涉及一种激光器或光发射器，具体地涉及激光器或光发射器在低温温度下的工作。

【背景技术】

在低温温度下工作的焦平面阵列(FPA)光电检测器和成像器是现有技术中的，并且已经用于感测和成像系统中。随着这种FPA的元件的密度和数量的增加，而且随着期望的图像输出速率的提高，预期将需要从FPA提供光输出。例如，低温垂直腔面发射激光器(VCSEL)阵列可以解决该任务。在现有技术中还已经开发出了在低温温度下甚至在液氦温度及以下温度下工作的电子器件。这些电子电路与在高得多的温度下(诸如在室温下)工作的其它电路交换信息。然而，通常用于传输这种信息的电缆是到低温环境中的不希望的热泄漏的路径。

图1示出了现有技术的VCSEL的横截面材料结构，该VCSEL在下面的参考文献【1】中描述，此处以引证的方式将该文献并入。该现有技术器件具有到结构的顶面的金属接触体(contact)，该接触体生长在GaAs衬底上。另一金属接触体制作到衬底的底侧，其中孔穿过该衬底接触体形成以使得激光能够穿过衬底发射。该现有技术激光器结构具有多个GaAs量子阱，其中各个量子阱夹在Al_.3Ga_.7As势垒层之间。然后，多量子阱和势垒结构(MQW)进一步嵌入渐变折射率(GRIN)分离限制异质结构(SCH)内包覆区中。SCH区中的Al_xGa_1-xAs材料的成分以非线性模式从量子阱附近的x＝0.25渐变到远离量子阱的x＝0.5，如图1例示。对于该现有技术的VCSEL，各个量子阱的厚度为15nm，各个势垒层的厚度为10nm，多量子阱/势垒结构的各侧上的SCH区的厚度为200nm，并且定界SCH区的Al_.5Ga_.5As外包覆层的厚度为120nm。Al_.5Ga_.5As和Al_xGa_1-xAs材料的光学折射率低于量子阱和势垒材料的折射率。由此，Al_.5Ga_.5As和渐变的Al_xGa_1-xAs层充当光学包覆区。掺杂N型的分布式布拉格反射器(DBR)结构位于SCH区与GaAs衬底之间。掺杂P型的另一个DBR结构位于SCH区上方。金属接触体制作到该SCH区的顶部，并且该金属接触体还用于增强来自激光器顶部的光的反射。对于该现有技术的VCSEL，电流流过两个DBR结构。然而，当这种VCSEL在低温温度下工作时，DBR结构中的异质结界面处的能量势垒与热能kT(其中k是玻尔兹曼常数，T是绝对温度)相比变大，并且阻碍电载流子的输送。尽管DBR结构中的那些异质界面可以在其材料成分中渐变以使界面不太陡峭，但是仍然需要更高的电压来产生穿过VCSEL的期望电流流动。例如，参见图8A。对于该现有技术器件，通过离子注入那些侧向位于核心区外部的区域来实现电流流动的侧向限制。