发光和激光作用半导体装置和方法
【专利摘要】本申请涉及发光和激光作用半导体装置和方法。本发明揭示一种半导体发光装置，其包含：异质结双极型发光晶体管，其具有位于发射极区与集极区之间的基极区；发射极电极、基极电极和集极电极，其分别用于使电信号与所述发射极区、基极区和集极区耦合；以及位于所述基极区中的量子大小区；所述基极区包含位于所述量子大小区的发射极侧上的第一基极子区，和位于所述量子大小区的集极侧上的第二基极子区；且所述第一和第二基极子区具有不对称带结构。还揭示一种从两端半导体结构产生光发射的方法。
【专利说明】发光和激光作用半导体装置和方法
[0001]分案申请的相关信息
[0002]本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2010年I月7日、申请号为201080004170.7、发明名称为“发光和激光作用半导体装置和方法”的发明专利申请案。
【技术领域】
[0003]本发明涉及用于响应于电信号而产生光发射和激光发射的方法和装置。本发明的一方面还涉及用于以改进的效率从半导体晶体管装置产生光发射和激光发射的方法。本发明的另一方面涉及用于从两端半导体装置产生光发射和激光发射的方法和装置。
【背景技术】
[0004]本发明【背景技术】的一部分在于宽带隙半导体的开发以实现称为异质结双极型晶体管(HBT)的装置中的较高少数载流子注射效率。这些晶体管装置能够以极高的速度操作。举例来说，近年来，InP HBT已被证明展现500GHz以上速度的操作。
[0005]本发明的【背景技术】的另一部分在于作为发光晶体管和晶体管激光器而操作的异质结双极型晶体管的开发。可(例如)参考--第7，091，082号、第7，286，583号、第7，354，780 号和第 7，535，034 号美国专利；第 US2005/0040432 号、第 US2005/0054172 号、第US2008/0240173号和第US2009/0134939号美国专利申请公开案；以及第W0/2005/020287号和第W0/2006/093883号PCT国际专利公开案。还可参考以下公开案:发光晶体管:来自InGaP/GaAs异质结双极型晶体管的光发射(Light-Emitting Transistor:LightEmission From InGaP/GaAs Heterojunction Bipolar Transistors), M ?冯(M.Feng)、N ?奥隆尼亚克(N.Holonyak, Jr)以及W ?哈菲兹(W.Hafez)，应用物理快报(Appl.Phys.Lett.),84, 151(2004);量子阱基极异质结双极型发光晶体管(Qu`antum-Well-BaseHeterojunction Bipolar Light-Emitting Transistor), M ?冯、N ?奥隆尼亚克以及R-陈(R.Chan)，应用物理快报，84，1952(2004) ;11型GaAsSb/InP异质结双极型发光晶体管(Type-1I GaAsSb/InP Heterojunction Bipolar Light-Emitting Transistor),M ?冯、N*奥隆尼亚克、B ?楚昆(B.Chu-Kung)、G ?沃特(G.Walter)以及R ?陈，应用物理快报，84，4792 (2004);异质结双极型发光晶体管的激光器操作(Laser OperationOf A Heterojunction Bipolar Light-Emitting Transistor), G ?沃特、N ?奥隆尼亚克、M*冯以及R*陈，应用物理快报，85，4768(2004);晶体管激光器的微波操作和调制(Microwave Operation And Modulation Of A Transistor Laser), R ?陈、M ?冯、N ?奥隆尼亚克以及G ?沃特，应用物理快报，86，131114(2005);异质结双极型晶体管激光器的室温连续波操作(Room Temperature Continuous Wave Operation Of A HeterojunctionBipolar Transistor Laser), M ?冯、N ?奥隆尼亚克、G ?沃特以及R ?陈，应用物理快报，87，131103(2005);可见光谱发光晶体管(Visible Spectrum Light-EmittingTransistors), F ?狄克逊(F.Dixon)、R ?陈、G ?沃特、N ?奥隆尼亚克、M ?冯、X ? B ?张(X.B.Zhang)、J ? H ?亮(J.H.Ryou)以及 R ? D ?迪普斯(R.D.Dupuis),应用物理快报，88,012108(2006);晶体管激光器(The Transistor Laser), Ν.奥隆尼亚克以及M.冯，波谱(Spectrum)，IEEE第43卷、第2期，2006年2月；多输入晶体管激光器近阈值中的信号混合(Signal Mixing In A Multiple Input Transistor Laser Near Threshold)，M.冯、N.奥隆尼亚克、R.陈、Α.詹姆斯(A.James)以及G.沃特，应用物理快报，88,063509(2006);以及晶体管激光器的基极量子阱转变上的增益的集极电流映射和模拟重组(Collector Current Map Of Gain And Stimulated Recombination On The BaseQuantum Well Transitions Of A Transistor Laser)，R.陈、N.奥隆尼亚克、A.詹姆斯以及G.沃特，应用物理快报，88，14508(2006);异质结双极型晶体管激光器中的集极崩溃(Collector Breakdown In The Heterojunction Bipolar Transistor Laser)，G.沃特、A.詹姆斯、N.奥隆尼亚克、M.冯以及R.陈，应用物理快报，88，232105 (2006)；用晶体管激光器来进行高速(/spl ges/lGHz)电和光学相加、混合以及处理方波信号(High-Speed (/spl ges/lGHz)Electrical And Optical Adding, Mixing, And ProcessingOf Square-Wave Signals With A Transistor Laser)，M.冯、N.奥隆尼亚克、R.陈、A ?詹姆斯以及G ?沃特，光子学技术快报(Photonics Technology Letters)，IEEE第18卷，第11期(2006);分级基极InGaN/GaN异质结双极型发光晶体管(Graded-Base InGaN/GaNHeterojunction Bipolar Light-Emitting Transistors)，B *F.楚昆等人，应用物理快报，89，082108(2006);量子阱AlGaAs/InGaP/GaAs/InGaAs晶体管激光器的载流子寿命和调制带宽(Carrier Lifetime And Modulation Bandwidth Of A Quantum Well AIGaAs/InGaP/GaAs/InGaAs Transistor Laser)，M ?冯、N ?奥隆尼亚克、A ?詹姆斯、K ?西米诺(K.Cimino)、G.沃特以及R.陈，应用物理快报，89，113504(2006);晶体管激光器中的线性调频脉冲、线宽增强的夫兰兹_凯耳什降低(Chirp In A Transistor Laser, Franz-KeldyshReduction of The Linewidth Enhancement)，G.沃特、A.詹姆斯、N.奥隆尼亚克以及M.冯，应用物理快报，90，091109(2007);量子阱晶体管激光器中的光子辅助的崩溃、负电阻以及切换(Photon-Assisted Breakdown, Negative Resistance, And Switching In AQuantum-Well Transistor Laser)，A.詹姆斯、G.沃特、M.冯以及N.奥隆尼亚克，应用物理快报，90，152109(2007);晶体管激光器的夫兰兹-凯耳什光子辅助的电压操作的切换(Franz-Keldysh Photon-Assisted Voltage-Operated Switching of a TransistorLaser)，A.詹姆斯、N.奥隆尼亚克、M.冯以及G.沃特，光子学技术快报，IEEE第19卷，第9期(2007);具有不同基极量子阱设计和掺杂的量子阱n-p-n异质结双极型发光晶体管的操作中对有效少数载流子寿命的实验确定(Experimental Determination Of TheEffective Minority Carrier Lifetime In The Operation Of A Quantum-Well n-p-nHeterojunction Bipolar Light-Emitting Transistor Of Varying Base Quantum-WellDesign And Doping)，H *W.然(H.W.Then)、M ?冯、N ?奥隆尼亚克以及 C.Η.吴(C.H.Wu)，应用物理快报，91，033505(2007);晶体管激光器操作的电荷控制分析(Charge ControlAnalysis Of Transistor Laser Operation)，M.冯、N.奥隆尼亚克、H.W.然以及 G.沃特，应用物理快报，91，053501 (2007);通过晶体管激光器的首次激励状态的操作和调制来增强光学带宽(Optical Bandwidth Enhancement By Operation And Modulation OfThe First Excited State Of A Transistor Laser)，H.W.然、M.冯以及 N.奥隆尼亚克，应用物理快报，91，183505(2007);高电流增益(β>49)发光InGaN/GaN异质结双极型晶体管的调制(Modulation Of High Current Gain ( P >49) Light-Emitting InGaN/GaNHetero junction Bipolar Transistors), B ? F ?楚昆、C*H?吴、G* 沃特、M ?冯、N ?奥隆尼亚克、T*张(T.Chung)、J ? H?亮以及R* D ?迪普斯，应用物理快报，91，232114 (2007)；量子讲晶体管激光器的集极特性和差分光学增益(Collector Characteristics And TheDifferential Optical Gain Of A Quantum-Well Transistor Laser), H ? W ?然、G ?沃特、M ?冯以及N ?奥隆尼亚克，应用物理快报，91，243508 (2007);具有1544nm下的发射波长的晶体管激光器(Transistor Laser With Emission Wavelength atl544nm), F ?狄克逊、M ?冯、N ?奥隆尼亚克、黄勇(Yong Huang)、X ? B ?张、J ? H ?亮以及R ? D ?迪普斯，应用物理快报，93，021111 (2008);以及利用辅助基极信号的异质结双极型晶体管激光器操作的光学带宽增强(Optical Bandwidth Enhancement Of Heterojunction Bipolar TransistorLaser Operation With An Auxiliary Base Signal), H ? W ?然、G ?沃特、M ?冯以及 N ?奥隆尼亚克，应用物理快报，93，163504(2008)。
[0006]快速晶体管的基础在于其能够增强穿过基极中的较大内建多数载流子的电子空穴对重组、快速输送少数载流子穿过基极，以及收集基极区之外未经重组的少数载流子的收集机制(电集极)；所有这些均支持基极区中的电荷储存电容的快速充电和放电。
[0007]如上文参考的专利和公开案中所述，异质结双极型发光晶体管(HBLET)的光学操作取决于基极区中的辐射重组分量，其通常主要出现在基极中的嵌入式量子大小区(例如未经掺杂的量子阱(QW))中。同时，主要出现在基极的高度掺杂区中的非辐射重组电流分量与基极中的辐射重组分量(Irad)的总和等于所供应的基极电流(Ib=I_-rad+Irad)。
[0008]基极区中的QW的添加允许并入高效辐射重组中心。从一维观点来看,载流子在QW中被捕捉且辐射重组，或从基极扫掠到电集极中。然而，实际上，捕捉到的载流子并不立即重组，从而导致潜在的电荷堆积在量子阱中。累积在量子阱区中的载流子将通过高效横向扩散来再分配，从而向旁边且远离装置的光学腔而传播载流子和重组事件。捕捉到的载流子还可在其横向行进的同时再热化回到基极区中。
[0009]本发明的一方面的目标之一是克服现有技术发光晶体管(LET)和晶体管激光器(TL)的限制，例如上文刚刚描述类型的限制。
[0010]本发明的【背景技术】的另一部分涉及对用于某些应用的两端光发射器中的改进的需要。
[0011]由于对高分辨率数字视频数据的传送和存储的需求不断增加，因此高速通信链路正开始以曾经几乎仅在商业市场中专门要求的链路速度，经由例如HDMI1.3和1.4、USB3.0、Displayport (显示端口)2.0以及PCI2.0等标准而遍布消费者电子市场。然而，不断变高的数据速度(对于新的HDMI1.4标准，现在接近约6.SGbps/信道)增加了经由铜线的传统传输媒体上的设计、技术和制造复杂性。结果是消费者产品越来越庞大、不美观且不灵活。
[0012]基于光纤的通信链路长久以来已开始代替铜媒体链路，但主要是在大于30米的非消费者市场距离处。在小于5米的距离(大部分消费者市场处于其中)处，基于VCSEL(垂直腔表面发射 激光器)的光学解决方案从价格且甚至功耗来看是无法完成的。
[0013]对晶体管基极输送机制的研究导致出现一类新的高速OlGHz)倾斜电荷自发光发射器，作为量子阱发光晶体管(QW-LET)和晶体管激光器(TL)，其有希望比传统的二极管激光器装置(例如，见上文所列的专利文献和公开案)制造或操作起来较便宜。遗憾的是，广泛可用的低成本高速驱动器IC和偏置电路以及光制造设施是基于例如LED和激光二极管等两端装置来建置的。因此，从两端装置到三端装置的转变要求支持产业(例如，IC设计者，以及制造设施)也转变，这于是延迟并增加了实施QW-LET和TL的成本。
[0014]本发明的目标之一是设计一种两端半导体光发射器或激光器，其具有优于现有半导体光发射器和激光器的优点，包含设计简单、制造方便且高效的高速光产生的能力，且还具有三端发光晶体管或晶体管激光器的某些属性，还与偏爱或要求两端操作的应用兼容。
【发明内容】
[0015]如上文所指示，捕捉到的载流子不会立即重组，从而导致潜在电荷堆积在(例如，LET或TL的)量子阱中，且累积的载流子通过横向扩散而再分配，从而向旁边且远离装置的光学腔而传播载流子和重组事件。捕捉到的载流子还可在其横向行进的同时再热化回到基极区中。
[0016] 申请人:相信:导致所描述装置中的饱和行为和量子效率降低的主要因素之一是载流子返回向发射极侧的再热化(反向扩散)。因此，根据本发明的一个方面，使用不对称基极设计来最小化因载流子的反向扩散而导致的非辐射重组分量。
[0017]根据本发明的第一方面的一种形式，陈述一种用于改进发光晶体管的操作的方法，其包含以下步骤:提供发光晶体管，其包含发射极半导体区、基极半导体区和集极半导体区，和位于基极区内的量子大小区，基极区包括位于所述量子大小区的发射极侧上的第一基极子区和位于所述量子大小区的集极侧上的第二基极子区；和向所述第一和第二基极子区提供不对称带结构。在本发明的此形式的实施例中，向第一和第二基极子区提供不对称带结构的步骤包括向第一基极子区提供比第二基极子区的半导体材料高的带隙的半导体材料。在此实施例的一种形式中，向第一基极子区提供比第二基极子区的半导体材料高的带隙的半导体材料的步骤包含向第一基极子区提供分级带隙半导体材料。分级带隙半导体材料经分级而在所述发射极的方向上具有逐渐增加的带隙。在此实施例的另一形式中，向第一基极子区提供比第二基极子区的半导体材料高的带隙的半导体材料的步骤包含向第一基极子区提供阶梯状带隙半导体材料。在此实施例的又一形式中，向第一基极子区提供比第二基极子区的半导体材料高的带隙的半导体材料的步骤包含向第一基极子区提供分级且阶梯状带隙半导体材料。
[0018]根据本发明的第一方面的另一形式，提供一种半导体发光装置，其包括:异质结双极型发光晶体管，其具有位于发射极区与集极区之间的基极区；发射极电极、基极电极和集极电极，分别用于使电信号与发射极区、基极区和集极区耦合；以及位于基极区中的量子大小区；所述基极区包含位于量子大小区的发射极侧上的第一基极子区，和位于量子大小区的集极侧上的第二基极子区；且第一和第二基极子区具有不对称带结构。共振光学腔可封围基极区的至少一部分，借此装置可包括晶体管激光器。在本发明的此形式的实施例中，基极区内的量子大小区包括基极区内的至少一个量子阱。在本发明的此形式的另一实施例中，基极区内的量子大小区包括基极区内的至少一个量子点层。
[0019]接下来，处理本发明的第二方面。
[0020]晶体管是具有两个半导体结——基极-发射极(BE)结和集极-基极(CB)结的装置。为了作为晶体管操作，BE结需要处于低阻抗(正向偏置(见图17a)，通常Vbe>1.2V)，而集极-基极结需要处于高阻抗((见图1713)，通常0.8>￥^>-5￥)。在共用集极配置下，集极通常接地(OV)且Ve和Vb经选择以便维持晶体管偏置(VBE>1.2V，且0.8>Vcb>-5V)，如图18所示。
[0021]然而， 申请人:已注意到，存在一种特殊状况，其中VB=Ve=0(因此，Vra=OV,见图19a)，且因此对于典型高速HBT (例如InGaP/GaAs HBT)中的高阻抗操作还满足0.8>VCB>-5V的晶体管要求。此状况还意味着，基极端子和集极端子可电连接(在装置上通过制造或在外部)，同时仍维持晶体管操作(见图1%)。
[0022]晶体管激光器是三端且两端口的电装置，其中第一电输入具有低阻抗，且电流(称为集极电流)是从高阻抗第二电输出汲取的。所述装置还具有光学输出端口。【可参考本发明的【背景技术】部分中提到的专利文档和公开案文档。】在常规晶体管中，此从低到高的电阻抗(或电阻)传递是其名称的来源，即，“传递电阻器”装置或“晶体管”。可测量的集极电流对于晶体管的操作来说至关重要。然而，支持晶体管激光器(例如在NPN晶体管激光器中)的快速操作的主要因素是有助于消除未在晶体管的高度掺杂基极区中重组的注入电子的机制，这是通过使用高阻抗集极设计实现的。
[0023]然而，具有两个电端口可能使制造变得复杂，从而影响产量和成本两者。此外，对于某些应用，有必要或需要仅具有一个电输入端口和一光学输出。
[0024]根据本发明的第二方面，通过用漏极来替换集极结，仍可在两端装置(即，单个电输入端口的装置)中维持发光晶体管或晶体管激光器的固有快速操作。漏极用于允许多余电子从装置N-P的(发射极-基极)结退 出的相同用途。然而，因为使电子朝共用触点处的非辐射重组排出，所以其消除了此多余电流的功能性(因为多余电流不再被收集而是被消除)。需要漏极在高阻抗模式下操作，这可通过具有与基极的P端子共用的偏置而实现。
[0025]根据本发明的第二方面的一种形式，陈述一种从半导体结构产生光发射的方法，其包含以下步骤:提供半导体结构，所述半导体结构包含位于第一导电类型的发射极区与同所述第一导电类型相反的第二导电类型的基极区之间的第一半导体结，和位于所述基极区与漏极区之间的第二半导体结；在所述基极区内提供展现量子大小效应的区；提供与所述发射极区耦合的发射极电极；提供与所述基极区和所述漏极区耦合的基极/漏极电极；以及相对于所述发射极电极和基极/漏极电极施加信号以从所述半导体结构获得光发射。
[0026]在本发明的第二方面的此形式的优选实施例中，所述在基极区与漏极区之间提供第二半导体结的步骤包含将漏极区提供为邻近于基极区的漏极层和邻近于漏极层的子漏极层，且其中所述提供与基极区和漏极区耦合的基极/漏极电极的步骤包括提供与基极区和子漏极层耦合的基极/漏极电极。在此实施例中，所述提供半导体结构的步骤包括提供平面半导体层，且所述提供基极/漏极电极的步骤包括提供接触基极区的周边且接触子漏极层的传导基极/漏极触点。此外，在此实施例中，所述在第一导电类型的发射极区与第二导电类型的基极区之间提供第一半导体结的步骤包括提供第一半导体结作为异质结。第二半导体结可提供为同质结或异质结。
[0027]根据本发明的第二方面的另一形式，陈述一种用于产生光发射的半导体装置，其包括:半导体结构，所述半导体结构包含位于第一导电类型的发射极区与同所述第一导电类型相反的第二导电类型的基极区之间的第一半导体结，和位于基极区与漏极区之间的第二半导体结；位于基极区内的量子大小区；与发射极区耦合的发射极电极；以及与基极区和漏极区耦合的基极/漏极电极；其中相对于所述发射极电极和基极/漏极电极施加的信号从半导体装置的基极产生光发射。
[0028]本发明的第二方面的两端装置保留LET和TL的快速晶体管基极输送机制，同时允许装置与现有二极管电路和制造设施兼容。作为两端装置，其制造和封装起来还将往往比三端装置便宜。举例来说，其需要更少的光刻步骤、更少的接合垫和更少的制造时间，且将提供更高的产量。
[0029]通过结合附图进行的以下详细描述，将更容易明白本发明的其它特征和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是展示从量子阱异质结双极型发光晶体管输出的测得光子随基极电流而变的曲线图。
[0031]图2是基极区中的典型量子阱的能带图，其对理解热化电流现象有用。
[0032]图3是本发明的第一方面的类型I布置的能带图，其中量子阱的发射极侧上的第一基极子区的材料具有比量子阱的集极侧上的第二基极子区的材料大的带隙。
[0033]图4是本发明的第一方面的类型2布置的能带图，其具有第一基极子区的分级较宽带隙结构。
[0034]图5是本发明的第一方面的类型3布置的能带图，其中第一基极子区具有阶梯状带隙。
[0035]图6是本发明的第一方面的类型4布置的能带图，其中第一基极子区具有分级且接着阶梯状带隙。
[0036]图7是根据本发明的第一方面的实施例的装置的能带图，所述装置在此实例中为npn发光晶体管或晶体管激光器，其包含具有量子阱的基极区以及位于量子阱的相对侧的不对称带结构。
[0037]图8是具有深QW设计和同质惨杂基极区的常规QW异质结双极型发光晶体管(Qff-HBLET)的横截面图。(图式未按比例绘制)。
[0038]图9是根据本发明的第一方面的实施例的QW-HBLET结构的横截面图，所述结构具有不对称基极设计，以便消除或减少载流子朝发射极的再热化。
[0039]图10是根据本发明的第一方面的另一实施例的QW-HBLET结构的横截面图，所述结构具有不对称基极设计，以减少载流子朝发射极侧的再热化，以及一个或一个以上浅量子阱[QW]的使用，以便限制所捕捉载流子的横向扩散。
[0040]图11是根据本发明的第一方面的实施例的具有不对称基极的QW-HBLET的基础层结构的图。
[0041]图12展示具有根据本发明的第一方面的实施例的QW-HBLET的层结构的更详细实例的表，且所述实例使用经分级以具有在发射极的方向上逐渐增加的带隙的第一基极子区。
[0042]图13是展示根据本发明的第一方面的原理且具备共振腔(RC)并被称为QW-RCLET的具有不对称基极设计的QW-HBLET的层结构的实例的表。
[0043]图14是展示根据本发明的第一方面的原理的具有不对称基极设计的量子阱垂直腔晶体管激光器(QW-VCTL)的层结构的实例的表。
[0044]图15是展示根据本发明的第一方面的原理的具有边缘发射设计(其可使用反射性边缘小面)且具有不对称基极设计的量子阱异质结双极型晶体管激光器(QW-HBTL)的层结构的实例的表。
[0045]图16是如图11中的但经修改以使用隧道结集极的QW-HBLET的基础层结构的局部分离图。
[0046]图17a展示简化的晶体管I对Vbe曲线图。
[0047]图17b展示简化的晶体管I对Vra曲线图。
[0048]图18展示常见集极配置中的晶体管的实例。
[0049]图19a展示仍维持晶体管操作的特殊偏置条件下的常见集极配置中的晶体管。
[0050]图19b展示基极和集极端子电连接且同时维持晶体管操作的晶体管配置。
[0051]图20展示根据本发明的第二方面的实施例且可用于实践本发明的方法的实施例的双结发光二极管的横截面图。
[0052]图21在左侧的(a)中展示双结二极管的等效DC电路，且在右侧的(b)中展示Ie对V特性。第二结用以通过允 许基极层主要传导空穴来减小电路的总电阻，且电子由N型漏极传导。
[0053]图22在左侧的(a)中展示如现有技术中的单结二极管的等效电路，且在右侧的
(b)中展示、对￥特性。基极层负责空穴和少数电子两者的流动。
[0054]图23展示针对本发明的第二方面的实施例的光学输出(光学检测器电压)随时间而变的示波器显示。所述显示展示15摄氏度下70mA的发射极电流下的5Gbps眼图。时间标度为50微微秒每分度。
[0055]图24展示针对本发明的第二方面的实施例的光学输出随时间而变的另一示波器显示。所述显示展示IOOmA的发射极电流下的10.3125Gbps眼图。时间标度为20微微秒每分度。
[0056]图25展示本发明的第二方面的另一实施例的横截面图。
【具体实施方式】
[0057] 申请人:已观察到辐射重组分量并不随着基极电流而线性地增加。图1展示从在指示非辐射重组分量的增加的较高基极电流下展现饱和行为(偏离线性曲线)的QW-HBLET输出的测得光子。另外， 申请人:还已观察到，辐射重组分量也随温度较强变化。这些观察结果进一步暗示，非辐射重组活动且因此大量基极重组也随电流密度和温度两者而增加。
[0058]参看图2，其展示基极区中的典型量子阱的能带图，热化电流(Ithmial)主要取决于两个变量:光子能量(与温度T成比例)和将载流子限于其中的势垒高度(V)，如从以下关系看出:
【权利要求】
1.一种用于从半导体结构产生光发射的方法，其包括以下步骤: 提供半导体结构，所述半导体结构包含位于第一导电类型的发射极区与同所述第一导电类型相反的第二导电类型的基极区之间的第一半导体结，和位于所述基极区与漏极区之间的第二半导体结； 在所述基极区内提供展现量子大小效应的区； 提供与所述发射极区耦合的发射极电极； 提供与所述基极区和所述漏极区耦合的基极/漏极电极；以及 相对于所述发射极电极和基极/漏极电极施加信号以从所述半导体结构获得光发射。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述在所述基极区与所述漏极区之间提供所述第二半导体结的步骤包含将所述漏极区提供为邻近于所述基极区的漏极层和邻近于所述漏极层的子漏极层，且其中所述提供与所述基极区和所述漏极区耦合的基极/漏极电极的步骤包括提供与所述基极区和所述子漏极层耦合的基极/漏极电极。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述提供半导体结构的步骤包括提供平面半导体层，且其中所述提供基极/漏极电极的步骤包括提供接触所述基极区的周边且接触所述子漏极层的传导基极/漏极触点。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述在所述第一导电类型的所述发射极区与第二导电类型的所述基极 区之间提供第一半导体结的步骤包括将所述第一半导体结提供为异质结。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述在所述基极区与漏极区之间提供所述第二半导体结的步骤包括将所述第二半导体结提供为同质结。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述在所述基极区与漏极区之间提供所述第二半导体结的步骤包括将所述第二半导体结提供为异质结。
7.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的方法，其中所述第一导电类型为n型，且所述第二半导体类型为P型。
8.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的方法，其中所述第一导电类型为p型，且所述第二半导体类型为n型。
9.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的方法，其中所述在所述第一导电类型的所述发射极区与所述第二导电类型的基极区之间提供第一半导体结的步骤包含提供重度掺杂的P型的所述基极区。
10.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的方法，其中所述在所述基极区内提供展现量子大小效应的区的步骤包括在所述基极区中提供至少一个量子阱。
11.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的方法，其中所述在所述基极区内提供展现量子大小效应的区的步骤包括在所述基极区中提供至少一个量子点层。
12.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的方法，其进一步包括提供封围所述基极区的至少一部分的光学腔。
13.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的方法，其进一步包括提供封围所述基极区的至少一部分的光学共振腔，且其中所述光发射是激光发射。
14.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的方法，其中所述提供与所述发射极区耦合的发射极电极的步骤包含提供经由发射极覆层与所述发射极区耦合的发射极触点。
15.根据权利要求7所述的方法，其中所述相对于所述发射极电极和基极/漏极电极施加信号以从所述半导体结构获得光发射的步骤包含相对于所述发射极电极向所述基极/漏极电极施加正偏压，且还包含相对于所述电极施加AC信号。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述相对于所述发射极电极和基极/漏极电极施加信号以从所述半导体结构获得光发射的步骤包含相对于所述发射极电极向所述基极/漏极电极施加正偏压，且还包含相对于所述电极施加具有大于IGHz的频率的AC信号。
17.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的方法，其中所述提供所述漏极层的步骤包括提供经无意掺杂的漏极层。
18.根据权利要求1到6中任一权利要求所述的方法，其中所述基极区包含位于所述量子大小区的发射极侧上的第一基极子区，和位于所述量子大小区的漏极侧上的第二基极子区，且其中所述第一和第二基极子区具有不对称的带结构。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一基极子区包括相对较高的带隙的半导体材料，且所述第二基极子区包括相对较低的带隙的半导体材料；借此减少从所述量子大小区朝所述发射极区的载流子再热化。
20.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括将所述漏极区提供为隧道结，所述隧道结包括η+层和ρ+层，其中所述ρ+层邻近于所述基极区。
21.一种用于产生光发射的半导体装置，其包括: 半导体结构，所述半导体结构包含位于第一导电类型的发射极区与同所述第一导电类型相反的第二导电类型的基极区之间的第一半导体结，和位于所述基极区与漏极区之间的第二半导体结； 位于所述基极区内的量子大小区；` 与所述发射极区耦合的发射极电极；以及 与所述基极区和所述漏极区耦合的基极/漏极电极； 借此相对于所述发射极电极和基极/漏极电极施加的信号从所述半导体装置的所述基极产生光发射。
22.根据权利要求21所述的装置，其中所述漏极区包含邻近于所述基极区的漏极层和邻近于所述漏极层的子漏极层，且其中所述基极/漏极电极与所述基极区和所述子漏极层耦合。
23.根据权利要求22所述的装置，其中所述半导体结构包括平面半导体层，且其中所述基极/漏极电极包括接触所述基极区的周边且接触所述子漏极层的传导基极/漏极触点。
24.根据权利要求21到23中任一权利要求所述的装置，其中第一半导体结包括异质结。
25.根据权利要求24所述的装置，其中所述第二半导体结包括同质结。
26.根据权利要求24所述的装置，其中所述第二半导体结包括异质结。
27.根据权利要求21到23中任一权利要求所述的装置，其进一步包括封围所述基极区的至少一部分的光学共振腔，且其中所述装置是半导体激光器。
【文档编号】H01S5/00GK103701031SQ201310531174
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2010年1月7日 优先权日:2009年1月8日
【发明者】加布里埃尔·沃尔特, 尼克·霍伦亚克, 米尔顿·冯 申请人:伊利诺斯大学理事会, 量子电镀光学系统有限公司