本发明专利技术涉及一种用于产生光学输出的方法，所述方法包含以下步骤：提供第一和第二电信号；提供双极发光晶体管装置，其包含集电极区域、基极区域和发射极区域；提供与所述集电极区域耦合的集电极电极和与所述发射极区域耦合的发射极电极，且相对于集电极电极和发射极电极耦合电位；提供与所述基极区域光学连通的光学耦合；提供与所述基极区域耦合的第一和第二基极电极；及将所述第一和第二电信号分别与所述第一和第二基极电极耦合以产生从所述基极区域发射出并耦合至所述光学耦合中的光学输出，所述光学输出为所述第一和第二电信号的函数。本发明专利技术还揭示一种改进型ｐｎｐ晶体管激光器和一种用于在产生输出激光脉冲的受激发射模式与自发发射模式之间来回切换的技术。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体发光和激光装置及方法，且还涉及用于增强高速光学信号产生 的激光晶体管和技术，并也涉及包含混波调制激光晶体管和技术的装置及方法，且还 涉及PNP双极晶体管、PNP双极发光晶体管和PNP双极晶体管层。
技术介绍
本
技术介绍
的一部分取决于对基于直接带隙半导体(诸如III-V半导体)的光发 射极的开发。此类包含发光二极管和激光二极管的装置在商业领域中普遍使用。本
技术介绍
的另一部分取决于对宽带隙半导体的开发以在称为异质结双极晶体 管(HBT)的装置中获得高少数载流子注入效率，所述异质结双极晶体管(HBT)是在1948 年首次提出(参见例如美国专利2,569,376;也参见IRE， 45， 1535-1544 (1957)会刊中H. Kroemer的"Theory Of A Wide-Gap Emitter For Transistors")。最近几年，这些晶体管装 置能够在极高速度下操作。例如，在2003年，已证明InP HBT呈现在500 GHz以上 的速度下操作(参见W. Hafez、 J.W. Lai和M. Feng, Elec Lett. 39， 1475 (2003年10月)。现有技术包含异质结双极晶体管中的光发射目标，和对激光晶体管的理论奋斗。 然而，出于各种原因，在本专利技术最早优先权申请案之前，尚未报告可操作的双极激光 晶体管，而获得可操作的双极激光晶体管是本专利技术目标中的一个目标。同样，控制激 光晶体管以获得有利的高速光学信号是本专利技术其它目标之一。也在本专利技术目标当中的是产生异质结双极晶体管层和能够有利地处理信号以获 得各种经选择的光学输出的技术，其中包含混波调制激光晶体管和技术。已报告的第一可操作双极晶体管层为叩n晶体管(参见，例如，M. Feng、 N. Holonyak、 Jr.、 B. Chu-Kung、 G. Walter和R. Chan， "Type-11 GaAsSb/lnP Heterojunction Bipolar发光Transistor", A卯l. Phys. Lett. 84, 4792 (2004))。这并不令人惊奇。在数个方面，p型材料被认为更难于与n型材料一起使用，且 关于载流子迁移率和整体电效率，在操作上往往会差于对应的n型材料。因此，通常 更期望考虑将n型半导体材料用于制作诸如lll-V发光装置的半导体装置。然而，即使 此类装置中的衬底和大部分半导体体积可为n型半导体或未掺杂半导体，通常也需要 考虑将显著量的p型材料用作各种半导体装置中的空穴电流源。在本专利技术其它目标当中的是提供改进型p叩双极晶体管，而且特别是包含p叩双 极晶体管层的p叩发光双极晶体管。
技术实现思路
在我们的第WO 2005/020287号PCT国际公开案中，揭示了一种呈现从基极层的 光发射的直接带隙异质结晶体管。对基极电流的调制产生经调制的光发射。所提及的PCT公开案WO 2005/020287还揭示了发光HBT的三个端口操作。自发光发射和电信号输出两者均由 施加至所述HBT的基极的信号来调制。所提及PCT公开案WO 2005/020287的另一方面涉及釆用受激发射来促进双极晶 体管(例如，双极结晶体管(BJT)或异质结双极晶体管(HBT)的基极层，以增强晶体管的 速度。自发发射复合寿命是双极晶体管速度的基本限制。在所提及PCT公开案WO 2005/020287的实施例中，双极晶体管的基极层适于将受激发射(或受激复合)增强至有 损于自发发射，由此减小复合寿命并增加晶体管速度。在这个实施例的形式中，在双 极晶体管的基极层中提供至少一个呈现量子尺寸效应、较佳为量子阱或量子点层、较佳未掺杂或轻惨杂的层。基极层(其包含至少一个呈现量子尺寸效应的层)的至少一 部分为高掺杂，且具有比所述至少一个层宽的带隙材料。在较高间隙高掺杂材料内的 至少一个量子阱或量子点层增强受激复合并减小辐射复合寿命。二维电子气体 ("2-DEG")会增强量子阱或量子点层中的载流子浓度，由此改进基极区域中的迁移率。 基极电阻的改进准许减小基极厚度，而基极传输时间也附带者减小。如所提及PCT公 开案WO 2005/020287中所阐述，这些在速度方面的优点适用于其中利用光发射的高 速双极晶体管及/或其中不利用光发射的高速双极晶体管。在发光双极晶体管装置，例 如，直接带隙材料的异质结双极晶体管中，使用一个或一个以上呈现量子尺寸效应的 层也可有利于增强光发射和定制所述装置的发射波长特征。在所提及PCT公开案WO 2005/020287中所揭示的另一实施例中，陈述一种半导 体激光器，所述半导体激光器包含异质结双极晶体管结构，其包括直接带隙半导体 材料的集电极、基极和发射极；光学谐振腔，其包封所述晶体管结构的至少一部分； 和耦合构件，其将电信号与所述集电极区域、基极区域和发射极区域耦合以导致来自 所述装置的激光发射。在所提及PCT公开案WO 2005/020287中所揭示的另一实施例中，将多个间隔开 的具有不同厚度的量子尺寸区域(例如，量子阱及/或量子点)提供于双极晶体管的基极区域中并用于有利地促进单向穿过基极区域的载流子传输。作为实例，基极区域可设 置有数个间隔开的不同厚度的量子尺寸区域，其中量子尺寸区域的厚度从集电极附近 的最厚逐次变化至发射极附近的最薄。注入的电子被捕获于较小的阱中，穿隧到下一 较大阱，且随后再下一较大阱，依此类推，直到在最靠近集电极的最大阱处，其穿隧 到且驰豫到所述最大阱的最低状态并复合。所述阱布置鼓励从发射极向集电极的单向 载流子传输。最大复合和光起源于尽可能接近集电极的最大阱，出于光学腔的原因，这个地方是有利的位置。载流子在能量上"往下"扩散，亦即，朝向较厚的阱扩散。阱 尺寸的不对称提供改进的载流子传输的定向性和速度。在发光HBT中，光发射和装置 速度两者均得以增强。根据本专利技术的实施例，陈述一种用于高速光学信号产生的装置和方法，所述高速 光学信号产生具有增强的信噪比且利用用于"导通"状态的受激发射过程和用于"关闭" 状态的自发发射过程来控制"导通"和"关闭"时间的持续时间。晶体管激光器的操作点 和激励经选择以获得各自具有受激发射的"导通"部分(激光光学输出和电信号输出)和 自发发射的"关闭"部分(不存在可感测的光学输出和电噪声)的循环。根据本专利技术的实施例，陈述一种用于产生可控光脉冲的方法，所述方法包含以下 步骤提供异质结双极晶体管结构，其包括半导体材料的集电极区域、基极区域和发 射极区域；提供光学谐振腔，其包封所述晶体管结构的至少一部分；及相对于所述集 电极区域、基极区域和发射极区域耦合电信号以在产生输出激光脉冲的受激发射模式 与自发发射模式之间来回切换。在较佳实施例中，所述电信号包含AC激励信号，且 每一激励信号循环的一部分可操作以产生受激发射，而每一激励信号循环的另一部分 可操作以产生自发发射。在这个实施例中，在所述循环的一部分期间，基极区域中的 电流超出装置的受激发射阈值，而在所述循环的另一部分期间，基极区域中的电流不 超出所述阈值。同样，在这个实施例中，所述激励信号的频率控制输出激光脉冲的频 率而激励信号的相对幅值控制输出激光脉冲的脉冲宽度。在这个实施例的形式中，以 至少约1 GHz本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于产生可控光脉冲的方法，其包括以下步骤：提供异质结双极晶体管结构，其包括半导体材料的集电极区域、基极区域和发射极区域；提供包封所述晶体管结构的至少一部分的光学谐振腔；及相对于所述集电极区域、基极区域和发射极区域耦合电信号，以在产生输出激光脉冲的受激发射模式与自发发射模式之间来回切换。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：米尔顿冯，尼克小霍伦亚克，理查德禅，加布里埃尔沃尔特，
申请(专利权)人：伊利诺斯大学理事会，
类型：发明
国别省市：US[]
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