一种太赫兹波发生器论文和设计-何晓颖

全文摘要

本发明实施例提供了一种太赫兹波发生器。该发生器包括衬底、N‑型DBR反射镜、至少两个激光发射组件、钝化层、N‑型电极、P‑型电极、光栅层和非线性晶体；激光发射组件用于发射激光；N‑型DBR反射镜沉积于衬底的任一端面上；每一激光发射组件沉积于每一凸起结构上；钝化层覆盖沉积在激光发射组件和N‑型DBR反射镜表面上，且钝化层的第一部位处设有开口；非线性晶体相对开口、固定置于与开口相距预设距离的位置；N‑型电极贯穿钝化层与N‑型DBR反射镜电连接；P‑型电极环绕开口、贯穿钝化层与激光发射组件电连接；且各个激光发射组件之间的连接方式为串联连接或并联连接。应用本发明实施例提供的发生器具有高的集成度。

主设计要求

1.一种太赫兹波发生器，其特征在于，所述发生器包括：衬底(1)、N-型分布布拉格DBR反射镜(2)、至少两个激光发射组件(3)、钝化层(4)、N-型电极(5)、P-型电极(6)、光栅层(7)和非线性晶体(8)；所述N-型DBR反射镜(2)为设有至少两个凸起结构的板状结构，且所述凸起结构的端面为平面；所述N-型DBR反射镜(2)的镜面面积与所述衬底(1)的端面面积相等；所述N-型DBR反射镜(2)沉积于所述衬底(1)的任一端面上；所述激光发射组件(3)用于发射激光；每一所述激光发射组件(3)一一对应沉积于每一所述凸起结构上；所述钝化层(4)覆盖沉积在激光发射组件(3)和所述N-型DBR反射镜(2)表面上，且所述钝化层(4)的第一部位处设有使得相邻激光发射组件(3)发射的光形成的光场产生重叠的开口；所述第一部位为与每一激光发射组件(3)的中心部位相对的部位；所述光栅层(7)沉积于所述激光发射组件(3)上；所述光栅层(7)的面积大于所述开口的面积；所述非线性晶体(8)相对所述开口、固定置于与所述开口相距预设距离的位置；一个N-型电极(5)与一个激光发射组件(3)一一对应；所述N-型电极(5)贯穿所述钝化层(4)与所述N-型DBR反射镜(2)实现电连接；一个P-型电极(6)与一个激光发射组件(3)一一对应；所述P-型电极(6)环绕所述开口、贯穿所述钝化层(4)与所述激光发射组件(3)实现电连接；当各个激光发射组件(3)之间的连接方式为串联连接时，与每一激光发射组件(3)对应的P-型电极与第一N-型电极相连，其中，所述第一N-型电极为：与激光发射组件(3)相邻的一个激光发射组件(3)对应的N-型电极；当各个激光发射组件(3)之间的连接方式为并联连接时，与每一激光发射组件(3)对应的P-型电极与第一P-型电极相连，与每一激光发射组件(3)对应的N-型电极与第一N-型电极相连，其中，所述第一P-型电极为：与激光发射组件(3)相邻的一个激光发射组件(3)对应的P-型电极。

设计方案

1.一种太赫兹波发生器，其特征在于，所述发生器包括：衬底(1)、N-型分布布拉格DBR反射镜(2)、至少两个激光发射组件(3)、钝化层(4)、N-型电极(5)、P-型电极(6)、光栅层(7)和非线性晶体(8)；

所述N-型DBR反射镜(2)为设有至少两个凸起结构的板状结构，且所述凸起结构的端面为平面；所述N-型DBR反射镜(2)的镜面面积与所述衬底(1)的端面面积相等；所述N-型DBR反射镜(2)沉积于所述衬底(1)的任一端面上；

所述激光发射组件(3)用于发射激光；每一所述激光发射组件(3)一一对应沉积于每一所述凸起结构上；

所述钝化层(4)覆盖沉积在激光发射组件(3)和所述N-型DBR反射镜(2)表面上，且所述钝化层(4)的第一部位处设有使得相邻激光发射组件(3)发射的光形成的光场产生重叠的开口；所述第一部位为与每一激光发射组件(3)的中心部位相对的部位；

所述光栅层(7)沉积于所述激光发射组件(3)上；所述光栅层(7)的面积大于所述开口的面积；

所述非线性晶体(8)相对所述开口、固定置于与所述开口相距预设距离的位置；

一个N-型电极(5)与一个激光发射组件(3)一一对应；所述N-型电极(5)贯穿所述钝化层(4)与所述N-型DBR反射镜(2)实现电连接；

一个P-型电极(6)与一个激光发射组件(3)一一对应；所述P-型电极(6)环绕所述开口、贯穿所述钝化层(4)与所述激光发射组件(3)实现电连接；

当各个激光发射组件(3)之间的连接方式为串联连接时，与每一激光发射组件(3)对应的P-型电极与第一N-型电极相连，其中，所述第一N-型电极为：与激光发射组件(3)相邻的一个激光发射组件(3)对应的N-型电极；

当各个激光发射组件(3)之间的连接方式为并联连接时，与每一激光发射组件(3)对应的P-型电极与第一P-型电极相连，与每一激光发射组件(3)对应的N-型电极与第一N-型电极相连，其中，所述第一P-型电极为：与激光发射组件(3)相邻的一个激光发射组件(3)对应的P-型电极。

2.如权利要求1所述的太赫兹波发生器，其特征在于，所述激光发射组件(3)包括预设数量对P-型掺杂DBR反射镜(31)、氧化限制层(32)、有源层(33)和牺牲层(34)；

所述P-型掺杂DBR反射镜(31)的镜面面积与所述凸起结构的端面面积相等；

所述氧化限制层(32)是由绝缘材料结构(321)和半导体材料结构(322)构成的限制层；且所述半导体材料结构(322)作为所述限制层的中心部位，所述绝缘材料结构(321)环绕所述半导体材料结构(322)作为所述限制层的边缘部位；所述氧化限制层(32)的端面面积与所述凸起结构的端面面积相等；

所述有源层(33)是由P-型电子限制层、发光层和N-型空穴限制层依次层叠构成的结构，所述发光层为由量子结构构成的可发光层；所述有源层(33)的端面面积与所述凸起结构的端面面积相等；

所述牺牲层(34)为中空结构层；所述牺牲层(34)的端面面积小于所述凸起结构的端面面积；

所述有源层(33)沉积于所述凸起结构上，所述氧化限制层(32)沉积于所述有源层(33)上，所述P-型掺杂DBR反射镜(31)沉积于所述氧化限制层(32)上，所述牺牲层(34)沉积于所述P-型掺杂DBR反射镜(31)端面上，所述光栅层(7)沉积于所述牺牲层(34)上，其中，所述牺牲层(34)的中心部位与所述半导体材料结构(322)相对。

3.如权利要求2所述的太赫兹波发生器，其特征在于，所述发光层为：多量子阱、单量子阱或量子点。

4.如权利要求3所述的太赫兹波发生器，其特征在于，所述衬底(1)的材料为硅基、InP基、GaAs基、GaN基、蓝宝石、ZnO基、SiO_{2<\/sub>基、SOI基或有机物。}

5.如权利要求3所述的太赫兹波发生器，其特征在于，所述非线性晶体(8)的材料为用于实现光波差频的非线性材料。

6.如权利要求3所述的太赫兹波发生器，其特征在于，所述半导体材料结构(322)的材料为AlGaAs。

7.如权利要求3所述的太赫兹波发生器，其特征在于，所述绝缘材料结构(321)的材料包括三氧化二铝。

8.如权利要求3所述的太赫兹波发生器，其特征在于，所述钝化层(4)的材料为二氧化硅、氮化硅、苯并环丁烯BCB或聚合物。

9.如权利要求8所述的太赫兹波发生器，其特征在于，所述光栅层(7)的对比度是根据预设光栅的反射波长和所述预设光栅的反射率确定的对比度。

10.如权利要求1～9中任一项所述的太赫兹波发生器，其特征在于，相邻所述激光发射组件(3)之间的距离小于20微米。

设计说明书

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，特别是涉及一种太赫兹波发生器。

背景技术

THz(太赫兹)波介于毫米波与红外线两者之间，对应的波长从0.03mm到3mm，通常是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，近年来，由于THz波在物理学、化学、生物、电子和国防安全等多个领域所展示的广阔的应用前景，THz科学与技术研究获得了飞速的发展，而THz源是THz发展的一个主要限制因素。

近几年国内外已经对用光学和电子学的方法产生THz波做了大量的工作，常用的是使用光混频法研制的太赫兹波发生器产生THz波，该发生器采用两个单模激光器或一个双模激光器作为泵浦光源，泵浦光源发射两束波长相近的光，以使这两束光的频率差恰好落在THz频率范围，当这两束光照射到非线性晶体上便可产生THz波。

然而，该发生器的泵浦源一般采用CO_{2<\/sub>激光器、Nd:YAG激光器、染料激光器或光纤激光器等，但这些激光器体积都比较大，且不利于集成。因此，急需设计出一种集成度高的太赫兹波发生器。}

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种太赫兹波发生器，且能够实现高度集成的发生器。

具体技术方案如下：

一种太赫兹波发生器，所述发生器包括：衬底、N-型-分布布拉格DBR反射镜、至少两个激光发射组件、钝化层、N-型电极、P-型电极、光栅层和非线性晶体；

所述N-型DBR反射镜为设有至少两个凸起结构的板状结构，且所述凸起结构的端面为平面；所述N-型DBR反射镜的镜面面积与所述衬底的端面面积相等；所述N-型DBR反射镜沉积于所述衬底的任一端面上；

所述激光发射组件用于发射激光；每一所述激光发射组件一一对应沉积于每一所述凸起结构上；

所述钝化层覆盖沉积在激光发射组件和所述N-型DBR反射镜表面上，且所述钝化层的第一部位处设有使得相邻激光发射组件发射的光形成的光场产生重叠的开口；所述第一部位为与每一激光发射组件的中心部位相对的部位；

所述光栅层沉积于所述激光发射组件上；所述光栅层的面积大于所述开口的面积；

所述非线性晶体相对所述开口、固定置于与所述开口相距预设距离的位置；

一个N-型电极与一个激光发射组件一一对应；所述N-型电极贯穿所述钝化层与所述N-型DBR反射镜实现电连接；

一个P-型电极与一个激光发射组件一一对应；所述P-型电极环绕所述开口、贯穿所述钝化层与所述激光发射组件实现电连接；

当各个激光发射组件之间的连接方式为串联连接时，与每一激光发射组件对应的P-型电极与第一N-型电极相连，其中，所述第一N-型电极为：与激光发射组件相邻的一个激光发射组件对应的N-型电极；

当各个激光发射组件之间的连接方式为并联连接时，与每一激光发射组件对应的P-型电极与第一P-型电极相连，与每一激光发射组件对应的N-型电极与第一N-型电极相连，其中，所述第一P-型电极为：与激光发射组件相邻的一个激光发射组件对应的P-型电极。

进一步地，所述激光发射组件包括预设数量对P-型掺杂DBR反射镜、氧化限制层、有源层和牺牲层；

所述P-型掺杂DBR反射镜的镜面面积与所述凸起结构的端面面积相等；

所述氧化限制层是由绝缘材料结构和半导体材料结构构成的限制层；且所述半导体材料结构作为所述限制层的中心部位，所述绝缘材料结构环绕所述半导体材料结构作为所述限制层的边缘部位；所述氧化限制层的端面面积与所述凸起结构的端面面积相等；

所述有源层是由P-型电子限制层、发光层和N-型空穴限制层依次层叠构成的结构，所述发光层为由量子结构构成的可发光层；所述有源层的端面面积与所述凸起结构的端面面积相等；

所述牺牲层为中空结构层；所述牺牲层的端面面积小于所述凸起结构的端面面积；

所述有源层沉积于所述凸起结构上，所述氧化限制层沉积于所述有源层上，所述P-型掺杂DBR反射镜沉积于所述氧化限制层上，所述牺牲层沉积于所述P-型掺杂DBR反射镜端面上，所述光栅层沉积于所述牺牲层上，其中，所述牺牲层的中心部位与所述半导体材料结构相对。

进一步地，所述发光层为：多量子阱、单量子阱或量子点。

进一步地，所述衬底的材料为硅基、InP基、GaAs基、GaN基、蓝宝石、ZnO基、SiO_{2<\/sub>基、SOI基和有机物。}

进一步地，所述非线性晶体的材料的材料为用于实现光波差频的非线性材料。

进一步地，所述半导体材料结构的材料为AlGaAs。

进一步地，所述绝缘材料结构的材料包括三氧化二铝。

进一步地，所述钝化层的材料为二氧化硅、氮化硅、苯并环丁烯BCB或聚合物。

进一步地，所述光栅层的对比度是根据预设光栅的反射波长和所述预设光栅的反射率确定的对比度。

进一步地，相邻所述激光发射组件之间的距离小于20微米。

本发明实施例提供的一种太赫兹波发生器，该发生器包括衬底、DBR反射镜、至少两个激光发射组件、钝化层、N-型电极、P-型电极、光栅层和非线性晶体；N-型DBR反射镜沉积于衬底的任一端面上；激光发射组件用于发射激光；每一激光发射组件一一对应沉积于每一凸起结构上；钝化层覆盖沉积在激光发射组件和DBR反射镜表面上，且钝化层的第一部位处设有使得相邻激光发射组件发射的光形成的光场产生重叠的开口；非线性晶体相对开口、固定置于与开口相距预设距离的位置；一个N-型电极与一个激光发射组件一一对应；N-型电极贯穿钝化层与DBR反射镜电连接；一个P-型电极与一个激光发射组件一一对应；P-型电极环绕开口、贯穿钝化层与激光发射组件电连接；且各个激光发射组件之间的连接方式为串联连接或并联连接。相对于现有技术，该发生器未采用体积大的泵浦源，而是采用了体积小的激光发射组件与DBR反射镜和光栅层一起作为泵浦源激射可控波长的光，因此该发生器具有集成度高的优点。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的第一种太赫兹波发生器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的太赫兹波发生器的部分结构示意图；

图3为本发明实施例提供的激光发射组件间处于串联连接的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的激光发射组件间处于并联连接的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的采用工艺流程第一步后得到的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的采用工艺流程第二步后得到的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的采用工艺流程第三步后得到的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的采用工艺流程第四步后得到的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的太赫兹波发生器激射的两光束的同相远场仿真图；

图10为本发明实施例提供的太赫兹波发生器激射的两光束的反相远场仿真图。

其中，1-衬底；2-DBR反射镜；3-激光发射组件；4-钝化层；5-N-型电极；6-P-型电极；7-光栅层；8-非线性晶体；31-P-型掺杂DBR反射镜；32-氧化限制层；33-有源层；34-牺牲层；321-绝缘材料结构；322-半导体材料结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种太赫兹波发生器。

参见图1，图1为本发明实施例提供的一种太赫兹波发生器的结构示意图，该发生器包括：

发生器包括：衬底1、DBR(distributed Bragg reflection，分布布拉格)反射镜2、至少两个激光发射组件3、钝化层4、N-型电极5、P-型电极6、光栅层7和非线性晶体8；

所述N-型DBR反射镜2为设有至少两个凸起结构的板状结构，且所述凸起结构的端面为平面；所述N-型DBR反射镜2的镜面面积与所述衬底1的端面面积相等；所述N-型DBR反射镜2沉积于所述衬底1的任一端面上；

所述激光发射组件3用于发射激光；每一所述激光发射组件3一一对应沉积于每一所述凸起结构上；

所述钝化层4覆盖沉积在激光发射组件3和所述N-型DBR反射镜2表面上，且所述钝化层的第一部位处设有使得相邻激光发射组件3发射的光形成的光场产生重叠的开口；所述第一部位为与每一激光发射组件3的中心部位相对的部位；

所述光栅层7沉积于所述激光发射组件3上；所述光栅层7的面积大于所述开口的面积；

所述非线性晶体8相对所述开口、固定置于与所述开口相距预设距离的位置；

一个N-型电极5与一个激光发射组件3一一对应；所述N-型电极5贯穿所述钝化层4与所述N-型DBR反射镜2实现电连接；

一个P-型电极6与一个激光发射组件3一一对应；所述P-型电极6环绕所述开口、贯穿所述钝化层4与所述激光发射组件3实现电连接；

当各个激光发射组件3之间的连接方式为串联连接时，如图3所示，与每一激光发射组件3对应的P-型电极与第一N-型电极相连，其中，所述第一N-型电极为：与激光发射组件3相邻的一个激光发射组件3对应的N-型电极；

当各个激光发射组件3之间的连接方式为并联连接时，如图4所示，与每一激光发射组件3对应的P-型电极与第一P-型电极相连，与每一激光发射组件3对应的N-型电极与第一N-型电极相连，其中，所述第一P-型电极为：与激光发射组件3相邻的一个激光发射组件3对应的P-型电极。

其中，激光发射组件3的激射的激光可以是波长为可见光波段的光，也可以是波长为近红外、红外、近紫外、紫外等波段的光；

上述衬底1可以是长方体板状结构，也可以是圆形板状结构，本发明对此并不限定。

值得一提的是，钝化层4的设置可以避免金属膜和非欧姆接触层的直接接触，防止漏电。

当激光发射组件(3)包括P-型掺杂DBR反射镜31时，上述N-型电极5贯穿所述钝化层4与所述N-型DBR反射镜2实现电连接的方式有两种，具体为：

第一种，把金属溅射到P-型掺杂DBR反射镜31和N-型DBR反射镜2上，通过高温退火实现金属和P-型掺杂DBR反射镜31的欧姆接触，还实现了金属和N-型掺杂DBR反射镜2的欧姆接触，从而实现P电极和N电极的电连接；金属可以为钛和金合成的合金。

第二种，采用高温蒸镀的方法，将金属镀在到P-型掺杂DBR反射镜31上和N-型DBR反射镜2上，通过高温退火实现金属和P-型掺杂DBR反射镜31的欧姆接触，还实现了金属和N-型掺杂DBR反射镜2的欧姆接触，从而实现P电极和N电极的电连接；金属可以为钛和金合成的合金。

另外，各个激光发射组件3之间采用串联连接或并联连接的连接方式使得激光发射组件3激射的激光束在远场形成耦合，进而可同时入射到非线性晶体8上产生差频信号。

该发生器的工作原理为：在各个激光发射组件3之间的连接方式为串联连接或并联连接后，目标激光发射组件3与相邻目标激光组件3分别激射不同波长的光，这些波长可以是间隔为几个到十几个nm，这些波长的光形成的光场叠加，叠加后并入射到非线性晶体8上，即可形成差频信号，该差频频率恰好在太赫兹范围，进而产生太赫兹波信号。

值得一提的是，激光发射组件3的激射波长可以通过改变光栅层的横向尺寸来改变，减少了工艺的复杂度。

举例而言，设激光发射组件3的数量为3，分别记为第一激光发射组件、第二激光发射组件和第三激光发射组件，当三个激光发射组件之间的连接方式为串联连接时，第一激光发射组件对应的P-型电极与第二激光发射组件对应的N-型电极相连，第二激光发射组件对应的P-型电极与第三激光发射组件对应的N-型电极相连。

当三个激光发射组件之间的连接方式为并联连接时，第一激光发射组件对应的P-型电极与第二激光发射组件对应的P-型电极相连，第二激光发射组件对应的P-型电极与第三激光发射组件对应的P-型电极相连，第一激光发射组件对应的N-型电极与第二激光发射组件对应的N-型电极相连，第二激光发射组件对应的N-型电极与第三激光发射组件对应的N-型电极相连。

由此可见，本发明实施例提供的发生器，包括衬底、DBR反射镜、至少两个激光发射组件、钝化层、N-型电极、P-型电极、光栅层和非线性晶体；激光发射组件用于发射波长可控的光；N-型DBR反射镜沉积于衬底的任一端面上；每一激光发射组件沉积于每一凸起结构上；钝化层覆盖沉积在激光发射组件和N-型DBR反射镜表面上，且钝化层的第一部位处设有使得相邻激光发射组件发射的光形成的光场产生重叠的开口；非线性晶体相对开口、固定置于与开口相距预设距离的位置；N-型电极贯穿钝化层与DBR反射镜电连接；一个P-型电极与一个激光发射组件一一对应；P-型电极环绕开口、贯穿钝化层与激光发射组件电连接；且各个激光发射组件之间的连接方式为串联连接或并联连接。相对于现有技术，该发生器未采用体积大的泵浦源，而是采用了体积小的激光发射组件与DBR反射镜和光栅层一起作为泵浦源激射激光产生可控波长的光，因此该发生器具有集成度高的优点。

在一种实现方式中，如图1～2所示，激光发射组件3包括预设数量对P-型DBR反射镜31、氧化限制层32、有源层33和牺牲层34；

所述P-型掺杂DBR反射镜31的镜面面积与所述凸起结构的端面面积相等；

所述氧化限制层32是由绝缘材料结构321和半导体材料结构322构成的限制层；且所述半导体材料结构322作为所述限制层的中心部位，所述绝缘材料结构321环绕所述半导体材料结构322作为所述限制层的边缘部位；所述氧化限制层32的端面面积与所述凸起结构的端面面积相等；

所述有源层33是由P-型电子限制层、发光层和N-型空穴限制层依次层叠构成的结构，所述发光层为由量子结构构成的可发光层；所述有源层33的端面面积与所述凸起结构的端面面积相等；

所述牺牲层34为中空结构层；所述牺牲层34的端面面积小于所述凸起结构的端面面积；

所述有源层33沉积于所述凸起结构上，所述氧化限制层32沉积于所述有源层33上，所述P-型DBR反射镜31沉积于所述氧化限制层32上，所述牺牲层34沉积于所述P-型DBR反射镜31端面上，所述光栅层7沉积于所述牺牲层34上，其中，所述牺牲层34的中心部位与所述半导体材料结构322相对。

其中，氧化限制层的作用是对电流或光进行横向限制，避免相邻两个器件之间的相互干扰。氧化限制层也可以采用空气柱层或质子限制层。

光栅层7的对比度是根据预设光栅的反射波长和所述预设光栅的反射率确定的对比度；

光栅层7可以由高折射率光栅条被低折射率介质包围形成，低折射率介质可以是腐蚀掉牺牲层4后留下的空气隙，也可以是氧化物。

值得一提的是，每一激光发射组件3的光栅层7可以采用不同的横向尺寸，实现不同激射波长的光，以使得这些波长的光入射到在非线性晶体8上产生差频信号，从而获得太赫兹信号。

可见，本实现方式的激光发射组件3，包括P-型掺杂DBR反射镜31、氧化限制层32、有源层33和牺牲层34，每一凸起结构上均沉积有有源层33；每一有源层33上均依次沉积有氧化限制层32和P-型掺杂DBR反射镜31；P-型掺杂DBR反射镜31的端面处沉积有牺牲层34，牺牲层34的中心部位与半导体材料结构322相对，且牺牲层34上沉积有光栅层7。该激光发射组件3具有结构简单、紧凑、易于集成、体积小，且能够在室温操作等优点。

为了减小激光发射组件的体积，在一种实现方式中，发光层为：多量子阱、单量子阱或量子点。

其中，量子阱是指由2种不同的半导体材料相间排列形成的、具有明显量子限制效应的电子或空穴的势阱。量子阱的最基本特征是，由于量子阱宽度(只有当阱宽尺度足够小时才能形成量子阱)的限制，导致载流子波函数在一维方向上的局域化导致载流子波函数在一维方向上的局域化量子阱中因为有源层的厚度仅在电子平均自由程内，阱壁具有很强的限制作用，使得载流子只在与阱壁平行的平面内具有二维自由度，在垂直方向使得导带和价带分裂成子带。在由2种不同半导体材料薄层交替生长形成的多层结构中，如果势垒层足够厚，以致相邻势阱之间载流子波函数之间耦合很小，则多层结构将形成许多分离的量子阱，称为多量子阱。

可见，本实现方式的发光层采用多量子阱、单量子阱或量子点，能够在有限的空间内产生光，从而也减小了激光发射组件3的体积。

在一种实现方式中，非线性晶体8的材料为用于实现光波差频的非线性材料，该非线性材料可以为磷酸钛氧钾、GaSe、ZnTe、ZnGeP_{2<\/sub>和GaAs。}

在一种实现方式中，衬底1的材料可以为硅基、InP基、GaAs基、GaN基、蓝宝石、ZnO基、SiO_{2<\/sub>基、SOI基和有机物。该实现方式采用上述材料的衬底1能够防水、减重和抗热等特点。}

为了实现使得半导体材料易于在绝缘和导体之间交替，在一种实现方式中，半导体材料结构322可以采用铝镓砷AlGaAs材料。

为了起到绝缘作用，在一种实现方式中，绝缘材料结构321为三氧化二铝。三氧化二铝同时具有高硬度、重量轻的优点。

为了保护激光发射组件3和N-型DBR反射镜2，在一种实现方式中，钝化层4可以为二氧化硅、氮化硅、苯并环丁烯BCB或聚合物的结构。该实现方式采用的材料能够起到防水、防酸腐蚀、耐热和耐冷的作用。

在一种实现方式中，上述预设对比度可以按照预设波长来选择，以使光栅层7的光栅条的横向尺寸不同，进而产生不同波长的光。

在一种实现方式中，相邻所述激光发射组件3之间的距离小于20微米，能够使得从相邻开口出射的光形成的光场形成重叠。

下面具体描述制备本发明实施例提出的太赫兹发生器的工艺方法，具体为：

第一步：清洗外延片，其中，所述外延片从下到上依次为：N-型GaAs衬底1，34对P-型DBR反射镜311，包含3个量子阱的有源层33，DBR发射镜2，在DBR发射镜2中间生长一层镓铟磷GaInP材料，在GaInP与有源层33之间有一层Al_{0.98<\/sub>GaAs材料的氧化限制层32；}

首先，采用选择性腐蚀液H_{2<\/sub>SO_{4<\/sub>：H_{2<\/sub>O：H_{2<\/sub>O＝3:1:1(该腐蚀液不腐蚀GaInP)腐蚀DBR发射镜2到GaInP层。根据经验值，腐蚀90s，也可以通过腐蚀过程中片子表面光圈的变化来判断是否腐蚀干净。}}}}

其次，采用选择性腐蚀液HCl:H_{2<\/sub>O＝2:1(该腐蚀液不腐蚀Al_{0.12<\/sub>GaAs层)腐蚀GaInP层，腐蚀20s，露出Al_{0.12<\/sub>GaAs层7，如图5所示。}}}

第二步：采用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学的气相沉积法)生长200nm SiO _{2<\/sub>，SiO_{2<\/sub>是为了起到更好的掩膜作用。}}

首先，在SiO_{2<\/sub>上光刻出台面图形，采用腐蚀液HF：NH_{4<\/sub>F：H_{2<\/sub>O＝3g：6g：10ml腐蚀45s去掉SiO_2<\/sub>。}}}

其次，采用选择性腐蚀液NH_{4<\/sub>OH:H_{2<\/sub>O_{2<\/sub>＝1:20(该腐蚀液不腐蚀Al_{0.8<\/sub>GaAs层)腐蚀Al_{0.12<\/sub>GaAs层7，腐蚀10s。}}}}}

再其次，选择性腐蚀液HCl:H_{2<\/sub>O＝2:1腐蚀Al_{0.8<\/sub>GaAs层8，腐蚀2min。}}

最后，去掉胶和SiO_{2<\/sub>，如图6所示。}

第三步：PECVD生长SiO_{2<\/sub>200nm，SiO_{2<\/sub>是为了起到更好的掩膜作用。}}

首先，在SiO_{2<\/sub>上套刻出大台面，腐蚀SiO_{2<\/sub>45s。}}

其次，采用腐蚀液甲醇：磷酸：H_{2<\/sub>O_{2<\/sub>＝3：1：1(放在冰水混合物里，以使速率减慢)腐蚀至露出氧化限制层，时间为3min30s。}}

再其次，清洗后采用湿氮氧化工艺对氧化限制层进行氧化。

最后，将样品放入430℃的湿氮氧化炉中，通入携带90℃去离子水汽的氮气，氮气流量为9000mL\/min，对样品进行湿氮氧化，形成氧化孔径10实现对电流和光的双重限制，如图7所示。

第四步：PECVD生长400nm的SiO_{2<\/sub>，此绝缘层作为钝化层11，可以避免金属膜和非欧姆接触层的直接接触，防止漏电。}

首先，采用套刻和湿法腐蚀的工艺，腐蚀掉台面上中心处出光孔SiO_{2<\/sub>材料和要形成电极区域的SiO_{2<\/sub>材料。}}

其次，溅射P-型金属电极，材料为Ti\/Au，Ti厚度为15nm，主要为了提高金属层的粘附性，使金属层不易脱落，Au层厚度为300nm。

再其次，采用套刻和湿法腐蚀工艺，形成P-型电极12，要求控制好腐蚀时间，将金属层腐蚀干净，避免漏电现象，同时也要避免腐蚀过度，破坏表面结构，保证出光孔有好的平整度。

接着，溅射N-型电极，材料为Au\/Ge\/Ni\/Au。

最后，采用反转光刻和剥离工艺(因为N-型电极的腐蚀液也会腐蚀GaAs材料)，形成N-型电极13，如图8所示。

第五步：减薄衬底使外延片厚度达到120-150μm。

首先，在出光孔上方采用离子束刻蚀形成光栅，腐蚀掉Al_{0.8<\/sub>GaAs牺牲层，形成HCG5。}

最后，去胶，如图1所示。

举例而言，采用本发明实施例提供的太赫兹波发生器，采用两个激光发射组件，两个激光发射组件分别激射波长为835nm和850nm的光，其光栅层的尺寸和差频信号如表1所示。通过改变两个激光发射组件之间的波长间隔，可以实现(例如2T、4T、6T)0.1～10THz内的太赫兹信号。

表1光栅层的尺寸和差频信号

通过对上述示例进行远场耦合光束的仿真，由图9和10所示，可以看出同相耦合会在中心形成光强极大值，有利于增加功率。另外，两个激光发射组件3的间距也会对该器件的远场分布有影响。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

设计图

一种太赫兹波发生器论文和设计

一种太赫兹波发生器论文和设计-何晓颖

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主设计要求

设计方案

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设计图

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