发光半导体方法和装置制造方法

发光半导体方法和装置制造方法
【专利摘要】本申请涉及发光半导体方法和装置。一种用于产生表示高频电输入信号分量的高频光学信号分量的方法，其包括以下步骤：提供半导体晶体管结构，半导体晶体管结构包含位于第二半导体类型的半导体射极与集极区之间的第一半导体类型的基极区；在基极区中提供至少一个展现量子大小效应的区；提供分别与射极、基极和集极区耦合的射极、基极和集极电极；相对于射极、基极和集极电极施加包含高频电信号分量的电信号以通过量子大小区的辅助从基极区产生输出自发光发射，输出自发光发射包含表示高频电信号分量的高频光学信号分量；为基极与射极电极之间的区中的光发射提供光学腔；以及响应于高频电信号分量而缩放光学腔的横向尺寸以控制光发射的速度。
【专利说明】发光半导体方法和装置
[0001]本案是一件分案申请。本案的母案是国际申请号为PCT/US2010/001133、申请日为2010年4月16日、PCT申请进入中国国家阶段后申请号为201080016839.4、发明名称为“发光半导体方法和装置”的发明专利申请案。

【技术领域】
[0002]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。本发明还涉及用于以改善的效率从半导体装置产生高频率光发射和激光发射和增加从半导体发光装置的光输出的方法。

【背景技术】
[0003]本发明【背景技术】的一部分在于异质结双极型晶体管的开发，所述晶体管作为发光晶体管和晶体管激光器而操作。可例如参考:第7，091，082、7，286，583、7，354，780,7, 535，034 和 7，693，195 号美国专利；第 US2005/0040432、US2005/0054172、US2008/0240173、US2009/0134939 和 US2010/0034228 号美国专利申请公开案；以及第TO/2005/020287和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-EmittingTransistor:Light Emiss1n From InGaP/GaAs Heterojunct1n BipolarTransistors) ”,M ?冯(M.Feng)、N ?小霍隆亚克(N.Holonyak, Jr.)和W ?哈菲斯(ff.Hafez)，应用物理学报，84，151(2004)量子阱基异质结双极型发光晶体管(Quantum-Well-BaseHeterojunct1n Bipolar Light-Emitting Transistor)，，，M.冯(M.Feng) > N.小霍隆亚克(N.Holonyak, Jr.)和 R.陈(R.Chan)，应用物理学报，84，1952 (2004) ;“11 类型GaAsSb/InP 异质结双极型发光晶体管(Type-1I GaAsSb/lnP Heterojunct1n BipolarLight-Emitting Transistor) ”, M.冯(M.Feng)、Ν.小霍隆亚克(N.Holonyak, Jr.)、B.楚昆(B.Chu-Kung)、G ?沃尔特(G.Walter)和 R ?陈(R.Chan)，应用物理学报，84，4792 (2004)；“异质结双极型发光晶体管的激光操作(Laser Operat1n Of A Heterojunct1n BipolarLight-Emitting Transistor) ”, G ?沃尔特(G.Walter)、N ?小霍隆亚克(N.Holonyak, Jr.)、M.冯(M.Feng)和R.陈(R.Chan)，应用物理学报，85，4768(2004)晶体管激光器的微波操作和调制(Microwave Operat1n And Modulat1n Of A Transistor Laser)，，，R.陈(R.Chan)、M ?冯(M.Feng)、N.小霍隆亚克(N.Holonyak, Jr.)和 G.沃尔特(G.Walter)，应用物理学报，86，131114(2005);“异质结双极型晶体管激光器的室温连续波操作(RoomTemperature Continuous Wave Operat1n Of A Heterojunct1n Bipolar TransistorLaser) ”，M.冯(M.Feng)、N.小霍隆亚克(N.Holonyak, Jr.)、G.沃尔特(G.Walter)和R.陈(R-Chan)，应用物理学报，87，131103(2005)可见光谱发光晶体管(VisibleSpectrum Light-Emitting Transistors)，，, F.迪克森(F.Dixon)、R.陈(R.Chan)、G.沃尔特(G.Walter)、N ?小霍隆亚克(N.Holonyak, Jr.)、M.冯(M.Feng)、X.Β ?张(X.B.Zhang)、J.H.尤(J.H.Ryou)和 R.D.杜普伊斯(R.D.Dupuis)，应用物理学报，88，012108 (2006)；“晶体管激光器(The Transistor Laser) ”，N.霍隆亚克(N.Holonyak)和 M.冯(M.Feng)，光谱，IEEE第43卷第2期，2006年2月；“多输入晶体管激光器中的接近阈值的信号混合(Signal Mixing In A Multiple Input Transistor Laser Near Threshold)”， M.冯(M.Feng)、N ?小霍隆亚克(Ν.Holonyak, Jr.)、R ?陈(R.Chan)、A ?詹姆斯(A.James)和 G ?沃尔特(G.Walter)，应用物理学报，88，063509 (2006);和“晶体管激光器的基量子阱转变上的增益与模拟重组的集极电流映射(Collector Current Map Of Gain And StimulatedRecombinat1n On The Base Quantum Well Transit1ns Of A Transistor Laser)，，；R.陈(R.Chan)、N.小霍隆亚克(Ν.Holonyak, Jr.)、A.詹姆斯(A.James)和 G.沃尔特(G.Walter)，应用物理学报，88，14508(2006); “异质结双极型晶体管激光器中的集极击穿(Collector Breakdown In The Heterojunct1n Bipolar Transistor Laser)，，，G.沃尔特(G.Walter)、A.詹姆斯(A.James)、N.小霍隆亚克(Ν.Holonyak, Jr.)、M.冯(M.Feng)和R.陈(R.Chan)，应用物理学报，88，232105 (2006)晶体管激光器的方波信号的高速(/spl ges/lGHz)电和光学相加、混合和处理(High-Speed(/spl ges/lGHz)Electrical And Optical Adding, Mixing, And Processing Of Square-Wave SignalsWith A Transistor Laser) ”，M.冯(M.Feng)、N.小霍隆亚克(N.Holonyak, Jr.)、R.陈(R.Chan)、A.詹姆斯(A.James)和G.沃尔特(G.Walter)，光子技术学报，IEEE第18卷第11期(2006)分级基InGaN/GaN异质结双极型发光晶体管(Graded-Base InGaN/GaNHeterojunct1n Bipolar Light-Emitting Transistors)，，，B *F ?楚昆(B.F.Chu-Kung)等人，应用物理学报，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 Modulat1n Bandwidth Of A QuantumWell AlGaAs/InGaP/GaAs/InGaAs Transistor Laser) ”，M.冯(M.Feng)、N.小霍隆亚克(N.Holonyak, Jr.)、A.詹姆斯(A.James)、K.西米诺(K.Cimino)、G.沃尔特(G.Walter)和R.陈(R.Chan)，应用物理学报，89，113504(2006);“晶体管激光器中的线性调频脉冲，线宽增强的弗兰茨一凯第希减少(Chirp In A Transistor Laser, Franz-Keldysh Reduct1nof The Linewidth Enhancement) ”，G.沃尔特(G.Walter)、A.詹姆斯(A.James)、N ?小霍隆亚克(N.Holonyak, Jr.)和Μ.冯(Μ.Feng)，应用物理学报，90，091109 (2007)量子阱晶体管激光器中的光子辅助击穿、负电阻和切换(Photon-Assisted Breakdown, NegativeResistance, And Switching In A Quantum-Well Transistor Laser)，，，A.詹姆斯(A.James)、G.沃尔特(G.Walter)、M ?冯(M.Feng)和 N.小霍隆亚克(Ν.Holonyak, Jr.)，应用物理学报，90，152109(2007);“晶体管激光器的弗兰茨一凯第希光子辅助电压操作的切换(Franz-Keldysh Photon-Assisted Voltage-Operated Switching of a TransistorLaser) ”，A.詹姆斯(A.James)、N.霍隆亚克(Ν.Holonyak)、M ?冯(M.Feng)和 G.沃尔特(G.Walter)，光子技术学报，IEEE第19卷第9期(2007)具有变化的基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的有效少数载流子寿命的实验石角定(Experimental Determinat1n Of The Effective Minority CarrierLifetime In The Operat1n Of A Quantum-Well n-p-n Heterojunct1n BipolarLight-Emitting Transistor Of Varying Base Quantum-Well Design And Doping)”，H.W.森(Η.W.Then)、M ?冯(Μ.Feng)、N.小霍隆亚克(N.Holonyak, Jr.)和 C.H.吴(C.H.mo，应用物理学报，91，033505(2007)晶体管激光器操作的电荷控制分析(ChargeControl Analysis Of Transistor Laser Operat1n) ”，M.冯(M.Feng)、N.小霍隆亚克(N.Holonyak, Jr.)、H.W.森(H.W.Then)和 G.沃尔特(G.Walter)，应用物理学报，91,053501(2007);“通过晶体管激光器的第一激发状态的操作和调制的光学带宽增强(Optical Bandwidth Enhancement By Operat1n And Modulat1n Of The First ExcitedState Of A Transistor Laser)，，，H*W.森(H.ff.Then) > M.冯(M.Feng)和 N.小霍隆亚克(N.Holonyak, Jr.)，应用物理学报，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(Modulat1n Of High Current Gain ( β >49)Light-Emitting InGaN/GaN Heterojunct1n Bipolar Transistors)，’，B.F.楚昆(B.F.Chu-Kung)、C.H.吴(C.H.Wu)、G.沃尔特(G.Walter)、M ?冯(M.Feng)、N.小霍隆亚克(N.Holonyak, Jr.)、T.钟(T.Chung)、J.H.尤(J.H.Ryou)和 R.D.杜普伊斯(R.D.Dupuis)，应用物理学报，91，232114(2007)量子阱晶体管激光器的集极特性和差分光学增益(Collector Characteristics And The Differential Optical Gain OfA Quantum-Well Transistor Laser) ”，H.W.森(H.ff.Then)、G.沃尔特(G.Walter)、M.冯(M-Feng)和 Ν.小霍隆亚克(N.Holonyak, Jr.)，应用物理学报，91，243508 (2007)；“具有 1544nm 发射波长的晶体管激光器(Transistor Laser With Emiss1n Wavelengthatl544nm) ”，F.迪克森(F.Dixon)、M ?冯(M.Feng)、N.小霍隆亚克(N.Holonyak, Jr.)、黄勇(Yong Huang)、X.B.张(X.B.Zhang)、J.H.尤(J.H.Ryou)和 R.D.杜普伊斯(R.D.Dupuis)，应用物理学报，93，021111(2008);以及“具有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 Heterojunct1nBipolar Transistor Laser Operat1n With An Auxiliary Base Signal)，’，H.W.森(H.W.Then)、G.沃尔特(G.Walter)、M.冯(M.Feng)和 N.小霍隆亚克(N.Holonyak, Jr.),应用物理学报，93，163504(2008)。
[0004]图1和图2说明现有倾斜电荷光发射器的实例；也就是说，如在以上参考的专利文献和公开案中描述的发光晶体管(“LET”)。n+GaAs子集极区105具有沉积于其上的η型GaAs集极区110，随后是p+AlGaAs/GaAs基极区120，其具有η型InGaAs量子阱(QW) 126。射极台面沉积于基极上，且包含η型InGap射极层130和η型AlGaAs孔口层140和n+GaAs包覆层150。可常规地使用横向氧化来获得环形氧化物141且形成中心孔口。集极电极或接触金属化物展示于107处，基极接触金属化物展示于122处，且射极接触金属化物展示于152处。图2展示图1金属化物的平面图；也就是说，相对的集极接触件(共同连接未图示)、包含外部环形环的基极接触件122，和包含内部环形环的射极接触件152。
[0005]图1还具有说明典型发光晶体管操作中的电子流和空穴流的流动的箭头。如所描述，举例来说，在以上引用的文献中，发光晶体管、晶体管激光器和某些两端子光发射器有时候称为“倾斜电荷”装置，原因是“倾斜的”基极电荷分布(如装置能带图上所说明)，其锁定与反向偏置集极结处的电荷“收集”相“竞争”的基极电子-空穴重组，因此选择(“过滤”)且仅允许基极中的在大约若干微微秒的有效寿命内的“快速”重组(由量子阱辅助)。[可例如参考上文列出的文献，包含对第US2010/0034228号美国专利申请公开案中揭示的两端子倾斜电荷光发射器的参考。]
[0006]在现有倾斜电荷装置中，由以氧化物形成的孔口部分界定的光学腔或窗置于基极和射极接触件之后。由于倾斜电荷装置的较高基极薄片电阻和较大电流增益(射极电流)，基极射极结上的电压差沿着由氧化物孔口界定的边缘最大。这迫使重组事件(产生所需的光学输出)沿着氧化物孔口的周边定位，因为电流注入在电压差最大的区中最大。结电压朝向光学腔的中心减小。此现象在图1和图2中表示，且可进一步从如图3的简化电路模型中所示的装置操作建模来理解。在图3中，区和接触件对应于图1中具有类似参考标号的那些区和接触件。在模型中，307、320和330分别表示集极、基极和射极电阻，308表示集极电流分量，且340表示基极/射极电压的空间分量。如图1中首先所见，对于电子传导的最小电阻路径是沿着由氧化物孔口界定的边缘。在图3的模型中，这导致V4大体上大于V3，且Vl大体上大于V2。这致使大多数重组事件较靠近基极层的边缘而定位，且在基极层中心处和附近的重组较少(见图2的光输出表示的草图)。
[0007]图4是展示装置的随着装置基极电流(以mA为单位)而变的检测到的光学输出(作为以μA为单位的检测器光电流)的曲线图。较大发射器直径装置的光学输出在较大基极电流输入下饱和。光的饱和归因于量子阱饱和。
[0008]在图5中，不同射极大小(且因此，孔口大小)的光学输出密度和射极电流密度方便地经正规化为孔口周长“区域”(图5中插图的阴影区域)。所述区域是通过假定进入光学腔的恒定浅渗透来确定的。结果指示重组沿着装置的边缘定位。因此最大光输出由通过氧化物孔口界定的有效周长而不是总光学腔的面积来确定。
[0009]图6说明针对各种发射器大小的脉冲电流测量，其展示针对10%和50%脉冲电流测量两者的光输出大体上相同。结果指示装置的光饱和不是由加热引起，而是由局部化量子阱饱和引起。
[0010]图7是图1类型的现有装置的俯视图照片，其中表示出集极(C)、基极⑶和射极(E)金属化物，且光学腔或窗由箭头指示。图的发光晶体管具有1um射极台面和6um的由孔口界定的光学腔。光学腔位于基极和射极接触件之后(即，其上方，如图1中)。此装置的有效周长因此是大约18 μ m。类似地，图8展示现有的倾斜电荷发光二极管，其中表示出射极(E)和基极/漏极(BD)金属化物，且同样,装置具有1um射极台面和6um的由孔口界定的光学腔。光学腔同样位于基极和射极接触件之后。同样，此装置的有效周长是大约18 μ m0
[0011]在所描述类型的装置中，如上所述，光学窗或腔置于基极和射极接触件之后。由于倾斜电荷装置的较高基极薄片电阻和较大电流增益(射极电流)，基极射极结上的电压差沿着由氧化物孔口界定的边缘最大。如上文阐释，这迫使重组事件(产生所需的光学输出)沿着氧化物孔口的周边定位，因为电流注入在电压差最大的区中最大。结电压朝向光学腔的中心减小，其具有伴随的缺点。
[0012]本发明一方面的目的是克服例如所描述的倾斜电荷光发射器等现有发光装置的这些和其它限制，且改善发光和激光半导体装置的光发射。
[0013]接着考虑本发明又一方面的背景。
[0014]使用直接带隙II1-V材料的半导体发光二极管(LED)和激光器以及电子-空穴注入和重组多年来已带来显示器和光波通信中的许多应用。虽然半导体激光器通常在长距离通信链路方面占主导，但快速的自发光波传输器可为针对短程光学数据通信和光学互连的有吸引力的解决方案，因为其阈值较低的操作、高制造产量以及降低的驱动器和反馈控制复杂性显著降低了传输器的总成本、形状因数和功率消耗。与例如谐振腔等适当的腔设计相结合，在980nm发射的自发光源已表现为实现高达27%的外部量子效率(next)和窄达5nm的发射谱宽度(见J.J.维雷尔(J.J.Wierer)、D.A.科洛格(D.A.Kellogg)和N.小霍隆亚克(N.Holonyak.Jr.)，应用物理学报，74，926 (1999))。然而，最新展示的最快的自发光源(发光二极管)采用高达7xl019cm —3的P掺杂来实现1.7GHz的带宽(即，约10ps的重组寿命)，其代价为内部量子效率降低到10%或更小(见C.H.陈(C.H.Chen)、M ?哈吉斯(M.Hargis)、J.M.伍德尔(J.M.Woodall)、M.R.梅洛希(M.R.Melloch)、J.S.雷诺兹(J.S.Reynolds)、E.雅布洛诺维奇(E.Yablonovitch)和 W.王(ff.Wang)，应用物理学报，74，3140 (1999))。实际上，例如LED或RCLED等较高效率的自发装置以小于IGHz的带宽操作，从而将自发光发射器(LED和RCLED)的实际商业应用限于小于I千兆位/s。
[0015]先前已提出，利用高速异质结双极型晶体管(HBT)结构的异质结双极型发光晶体管(HBLET)可能潜在地充当具有超过数十GHz的速度的光源(见M.冯(M.Feng)、N ?小霍隆亚克(N.Holonyak.Jr.)和W.哈菲斯(ff.Hafez)，应用物理学报，84，151 (2004)；M.冯(M.Feng)、N ?小霍隆亚克(N.Holonyak.Jr.)和R.陈(R.Chan)，应用物理学报，84，1952 (2004) ；ff ?斯诺德格拉斯(ff.Snodgrass)、B *R.吴(B.R.ffu)、K.Y ?程(K.Y.Cheng)和M.冯(M.Feng)，IEEE国际电子装置会议(IEDM)，663-666页，2007)。“晶体管激光器的室温连续波操作”进一步证明实际的辐射重组中心(即，未经掺杂量子阱)可并入到HBLET的重掺杂基极区中(见M.冯(M.Feng)、N.小霍隆亚克(N.Holonyak.Jr.)、G.沃尔特(G.Walter)和R.陈(R.Chan)，应用物理学报，87，131103 (2005))。由于晶体管中的倾斜电荷填充的短基极效应，HBLET的基极区中的有效少数载流子寿命可通过修整掺杂和并入Qff而逐渐减少到低于10ps (见H.W.森(H.W.Then)、M ?冯(M.Feng)、N.小霍隆亚克(N.Holonyak.Jr.)和C.Η ?吴(C.H.Wu)，“具有变化的基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的有效少数载流子寿命的实验确定”，应用物理学报，91卷，033505，2007 ；G.沃尔特(G.Walter)、C.H.吴(C.H.Wu)、H.W.森(H.W.Then)、M ?冯(M-Feng)和N.小霍隆亚克(N.Holonyak.Jr.)，“4.3GHz光学带宽发光晶体管(4.3GHzoptical bandwidth light emitting transistor) ”(提交到应用物理学报)，2009,见上文)。实际上，尽管HBT具有高本征速度，但HBLET的微波性能受到寄生电容的限制，原因在于包含外在载流子输送效应的因素和包含传统高速HBT装置中不存在的光提取特征(例如氧化物孔口)的需要。
[0016]本发明一方面的目的是解决现有装置和技术的此些限制，且改善倾斜电荷发光装置和技术的操作，包含三端子发光晶体管和两端子倾斜电荷光发射器。


【发明内容】

[0017]在本发明第一方面的形式中，发光半导体装置经配置以获得进入基极区中的载流子注入的均匀性，且基极与射极电极之间的光学腔不会像现有技术中那样引起装置的射极与基极(或基极/漏极)电极之间的电压分布的有害的不均匀性。
[0018]关于本发明的又一方面， 申请人:已发现异质结双极型发光晶体管(LET)或倾斜电荷发光二极管的横向缩放可改善电与光学特性两者。举例来说，本征晶体管的快速重组动力学可通过按比例缩小射极孔口以减少横向外在“类似于寄生的”RC充电来管理。快速自发调制速度连同由于LET或倾斜电荷发光二极管的制造简易和阈值较低的操作带来的高产量和可靠性一起提供了对激光源的有吸引力的替代，尤其是用于短程光学数据通信和互连。
[0019]根据本发明第一方面的形式，陈述一种用于以改善的效率从两端子半导体装置产生光发射的方法，其包含以下步骤:提供分层的半导体结构，其包含:半导体漏极区，其包括至少一个漏极层；半导体基极区，其安置于所述漏极区上且包含至少一个基极层；以及半导体射极区，其安置于所述基极区的一部分上且包括包含至少一个射极层的射极台面；在所述基极区中提供至少一个展现量子大小效应的区；提供具有位于所述基极区的暴露表面上的第一部分和与所述漏极区耦合的又一部分的基极/漏极电极，且在所述射极区的表面上提供射极电极；相对于所述基极/漏极和射极电极施加信号以从所述基极区获得光发射；以及配置所述基极/漏极和射极电极以获得位于其间的区中的电压分布的大体均匀性。
[0020]在本发明此形式的实施例中，配置所述电极之间的所述射极台面的几何形状以促进所述电极之间的所述区中的电压分布的大体均匀性。在此实施例的形式中，所述射极台面具有大体上直线的表面部分，且所述提供所述电极的步骤包括沿着所述射极台面的所述表面部分的一侧提供所述射极电极，且在所述基极区表面的邻近于所述射极台面表面部分的相对侧的一部分上提供所述基极/漏极电极的所述第一部分。所述射极电极和所述基极/漏极电极的所述第一部分可为相对的线性导电条带。
[0021]根据本发明第一方面的另一形式，提供一种用于以改善的效率从三端子半导体装置产生光发射的方法，其包含以下步骤:提供分层的半导体结构，其包含:半导体集极区，其包括至少一个集极层；半导体基极区，其安置于所述集极区上且包含至少一个基极层；以及半导体射极区，其安置于所述基极区的一部分上且包括包含至少一个射极层的射极台面；在所述基极区中提供至少一个展现量子大小效应的区；在所述集极区上提供集极电极，在所述基极区的暴露表面上提供基极电极，且在所述射极区的表面上提供射极电极；相对于所述集极、基极和射极电极施加信号以从所述基极区获得光发射；以及配置所述基极和射极电极以获得位于其间的区中的电压分布的大体均匀性。
[0022]根据本发明又一方面的第一形式的实施例，陈述一种用于产生表不高频电输入信号分量的高频光学信号分量的方法，其包含以下步骤:提供半导体晶体管结构，其包含位于第二半导体类型的半导体射极与集极区之间的第一半导体类型的基极区；在所述基极区中提供至少一个展现量子大小效应的区；提供分别与所述射极、基极和集极区耦合的射极、基极和集极电极；相对于所述射极、基极和集极电极施加包含所述高频电信号分量的电信号以通过所述量子大小区的辅助从所述基极区产生输出自发光发射，所述输出自发光发射包含表示所述高频电信号分量的所述高频光学信号分量；为所述基极与射极电极之间的区中的所述光发射提供光学窗或腔；以及响应于所述高频电信号分量而缩放所述光学窗或腔的横向尺寸以控制光发射的速度。
[0023]在本发明此方面的第一形式的实施例中，所述方法进一步包括提供安置于所述射极区上的孔口，且所述缩放所述横向尺寸包含缩放所述孔口的尺寸。在此实施例的一种型式中，所述孔口大体上为圆形的，且经缩放为直径优选约10 μ m或更小，且更优选经缩放为直径约5μπι或更小。在此实施例的另一型式中，所述窗或腔大体上为矩形的，且所述缩放横向尺寸包括提供具有优选直径约?ο μ m或更小且更优选约5 μ m或更小的线性尺寸的所述窗或腔。在所述方法的实施例的实践中，所述高频电信号分量具有至少约2GHz的频率。
[0024]根据本发明又一方面的又一形式的实施例，陈述一种用于产生表不高频电信号分量的高频光学信号分量的方法，其包含以下步骤:提供分层半导体结构，其包含:半导体漏极区，其包括至少一个漏极层；半导体基极区，其安置于所述漏极区上且包含至少一个基极层；以及半导体射极区，其安置于所述基极区的一部分上且包括包含至少一个射极层的射极台面；在所述基极区中提供至少一个展现量子大小效应的区；提供具有位于所述基极区的暴露表面上的第一部分和与所述漏极区耦合的又一部分的基极/漏极电极，且在所述射极区的表面上提供射极电极；相对于所述基极/漏极和射极电极施加信号以从所述基极区产生光发射；为所述基极/漏极电极的所述第一部分与所述射极电极之间的区中的所述光发射提供光学窗或腔；以及响应于所述高频电信号分量而缩放所述光学窗或腔的横向尺寸以控制光发射的速度。
[0025]在本发明此方面的又一形式的实施例中，所述射极台面具有大体上直线的表面部分，且所述提供所述电极的步骤包括沿着所述射极台面的所述表面部分的一侧提供所述射极电极，且在所述基极区表面的邻近于所述射极台面表面部分的相对侧的一部分上提供所述基极/漏极电极的所述第一部分。在此实施例中，所述提供所述电极的步骤进一步包括将所述射极电极和所述基极/漏极电极的所述第一部分提供为相对的线性导电条带，且所述缩放横向尺寸包括提供具有优选约10 μ m或更小且更优选约5 μ m或更小的线性尺寸的所述窗或腔。
[0026]从结合附图做出的以下详细描述将更容易明了本发明的另外特征和优点。

【专利附图】

【附图说明】
[0027]图1是现有倾斜电荷发光晶体管装置的实例的横截面表示。
[0028]图2是图1装置的接触件或电极的平面图。
[0029]图3是表示图1装置的相关操作的电路模型。
[0030]图4是展示具有不同射极直径De的装置的随着基极电流而变的光学输出(作为检测器光电流)的曲线图。
[0031]图5展示具有不同射极直径De的装置的随着射极电流对边缘密度而变的经正规化光学输出密度的曲线图。插图展示作为经正规化孔口周边区域的发光区域的表示。通过假定进入光学腔的恒定浅渗透来确定所述区域。
[0032]图6展示针对各种发射器大小(Wym为单位)的装置的射极电流而变的光电流测量，其在每一曲线上展示10%和50%脉冲电流点。
[0033]图7是图1类型的现有装置的俯视图照片，其中表示出集极(C)、基极⑶和射极(E)金属化物，且光学腔由箭头指示。
[0034]图8是在2010年I月7日申请且转让给与本申请案相同受让人的第12/655，806号共同待决美国专利申请案中描述的类型的倾斜电荷发光二极管的俯视图照片。
[0035]图9是根据本发明实施例的经改善倾斜电荷发光晶体管的实例的横截面图，且其可用于实践本发明方法的实施例。
[0036]图10展示图9实施例的装置操作的电路模型。
[0037]图11 (a)和图11 (b)展示本发明实施例中采用的相对的基极和射极接触件或电极条带。
[0038]图12是具有10 μ mX10 μ m类型2光学腔设计的倾斜电荷发光晶体管的俯视图照片。
[0039]图13展示针对图7所示的装置(实线)和图12所示的装置(虚线)的发光晶体管光学输出(检测器光电流)对射极电流。
[0040]图14是根据本发明实施例的双结倾斜电荷发光二极管的简化横截面图。
[0041]图15是图14的装置的俯视图照片，其中表示出射极(E)和基极/漏极(BD)金属化物，且光学腔由箭头指示。
[0042]图16是展示图15装置的实例的半导体层的表。
[0043]图17展示图15和图16的装置的I_V特性。
[0044]图18展示从装置衬底底部测量的图15、16装置的光学光输出L-1特性，且在插图中展示任意单位的输出光谱。
[0045]图19展示分别在偏置电流Ie = 40,50和60mA下图15、16装置的光学输出响应，其展示3.2、5和7GHz的-3dB频率f3db。
[0046]图20是利用隧道结作为装置的漏极区的本发明实施例的简化横截面图。
[0047]图21是其中可采用本发明的改进的实施例的装置的简化横截面。
[0048]图22在曲线图(a)中展示图21装置的集极I_V特性且在曲线图(b)中展示其光学输出特性。用大面积光检测器从装置的底部测量光发射。
[0049]图23分别在曲线图(a)和(b)中展示在偏置Ib = 2mA和Vbc?OV (对于反向偏置BC结的条件)下共集极HBLET装置对BC和EC rf输入的光学响应。
[0050]图24是展示在Da?6 μ m且Vbc处于O伏的情况下HBLET的EC输入端口调制的随着Ib而变的F3db(以GHz为单位)的绘图。插图展示随着Ib而变的光学输出(以微瓦为单位的检测器输出)。
[0051]图25的绘图(a)和(b)展示例如射极大小为(a) Da = 5um和(b)DA = 13 μ m情况下的HBLET集极IV特性。
[0052]图26展示针对此实例的具有Da = 5 μ m、Da = 8 μ m和Da = 13 μ m的三个装置在Vbc = OV情况下随着基极电流Ib而变的HBLET光学光输出(从底部测量)。插图展示随着波长而变的任意单位的光谱。
[0053]图27是针对此实例的具有Da = 5 μ m、DA = 8 μ m和Da = 13 μ m的三个装置在Vbc=O情况下随着频率而变的经正规化响应的绘图。
[0054]图28是针对此实例的具有Da = 5 μ m、Da = 8 μ m和Da = 13 μ m的三个装置随着基极电流而变的光学带宽的绘图。
[0055]图29是其中可采用本发明实施例的倾斜电荷发光二极管的简化横截面图。

【具体实施方式】
[0056]图9是根据本发明第一方面的实施例的经改善倾斜电荷发光晶体管装置的图。本发明的装置可使用例如用于沉积II1-V半导体层的常规半导体沉积技术以及装置制造和精饰技术来制造，例如在本发明的【背景技术】部分中列出的专利和公开案中所述的技术。从下向上，装置包含η+子集极区905、η型集极区910和含有量子阱926的ρ+基极区920。射极台面包含η型射极层930和η+射极包覆950。在本实例中，装置是ηρη倾斜电荷发光晶体管，但应了解本发明的原理也适用于ρηρ装置。集极电极或接触金属化物在907处表示。基极接触件在922处表示，且射极接触件在952处表示。
[0057]在图9的实施例中，光学腔有利地置于射极与基极电极之间。射极电阻(Re)相对于射极电流与基极电流比(β+l)经调谐以使得在空穴从相反方向横向传导时，由于电子传导带来的电压降等于由于基极电流带来的电压降。这导致基极-射极结上的较均匀的电压降。射极电阻可通过改变薄片电阻和通过改变射极台面的几何形状(下文图11)来调谐。
[0058]图10展示图9实施例的装置操作的电路模型。在图10中，区和接触件对应于图9中具有类似参考标号的那些区和接触件。在模型中，1007、1020和1030分别表示集极、基极和射极电阻，1008表示集极电流分量,且1040表示基极/射极电压的空间分量。如图中所见，使基极-射极结上的电压降大体上均匀，使得V1、V2、V3和V4将近似相同。这意味着重组事件将在光学腔中近似均匀。
[0059]基极和射极结上的大体上对称的电压降可通过调谐射极台面的薄片电阻和几何形状来实现；例如，通过采用光学窗或腔(在此情况下由暴露的射极台面界定)的几何形状以获得所需电阻。举例来说，图11(a)和图11(b)的图展示相对的基极和射极接触件或电极条带，且作为阴影区域展示可从其发射所产生光的暴露射极台面。与图11(a)的“类型2”装置相比，图11(b)的“类型I”装置将展现较大的射极电阻和较小的基极电阻。
[0060]图12是具有10 μ mX10 μ m “类型2”光学腔或窗设计的倾斜电荷发光晶体管的俯视图照片。通过设计Rb= (0+1)&来实现用以获得均匀光发射的近似对称电压分布。此装置的有效周长是?ο μ m。
[0061]图13展示针对图7所示的装置(实线一现有装置)和图12所示的装置(虚线一本发明实施例的实例)的发光晶体管光学输出(检测器光电流)对射极电流。尽管具有10 μ m的有效周长(图12)，这几乎是现有设计的18 μ m周长(图7)的一半，但本发明的分布式设计结构被视为能够在达到光学饱和之前实现大约大两倍的射极电流注入。这指示由于其分布式设计而在重组中涉及光学窗或腔的较大有效区域。
[0062]图14和图15展示具有本发明实施例的分布式设计特征的两端子倾斜电荷发光二极管，其中光学腔置于射极和基极/漏极与经调谐的射极电阻之间。在图14中，ρ型基极区1440安置于无意掺杂的η型漏极区1433与η型射极区1450之间，使得在所述射极与基极区之间存在第一半导体结且在基极区与漏极区之间存在第二半导体结。基极区1440包含量子大小区1441，例如一个或一个以上量子阱或者量子点的一个或一个以上区。在漏极1433下方是η型子漏极1434。在射极上方是射极包覆和接触区1460。射极区具有耦合到其的射极电极，呈射极接触件1453的形式。基极/漏极电极与基极和漏极区耦合。基极/漏极电极是金属接触件1470,其在此实施例中沉积于基极区和子漏极区上。如图14所示，相对于射极接触件1453将正偏置电压1491施加于基极/漏极接触件1470，且还相对于这些接触件施加AC电压1492。图14装置中的电子和空穴的流动由图中的箭头展示。基极区中由量子阱辅助的重组导致光发射。可将波导和腔配置添加到此结构以便允许此装置充当两结激光二极管、两结谐振腔发光二极管或两结垂直腔晶体管激光器。(举例来说，图14装置中可提供典型的上部和下部分布式布拉格反射器(DBR)以获得光学谐振腔。)在有效光学区中优化辐射重组，如图14中在1485处表示。从图15的俯视图照片中，可见射极和基极/漏极金属化物以及图14装置的光学腔或窗区。
[0063]对于图14的实施例的实例(也见沃尔特、吴、森、冯和霍隆亚克，应用物理学报，94,231125(2009年6月))，用于制作两结倾斜电荷发光二极管的晶体的外延层(从衬底向上)包含3000 A η型惨杂GaAs缓冲层、500 A分级Ala3QGaQ.70As界限层、213 A分级 Al0 30Ga0.70As 到 Al0 90Ga0.10As 氧化物缓冲层、595 A η 型 Al0 98Ga0.02As 可氧化孔口层以及另一213 A分级Ala9tlGaaitlAs到Ala3tlGaa7tlAs氧化物缓冲层。557 A η型GaAs接触层、120 A InGaP蚀刻终止层和2871 A未掺杂“漏极”层生长在顶部上。“漏极”层恰好在1358 A基极层下方，其包含两个未掺杂112 A InGaAs量子阱和具有3X1019cm_3的平均掺杂的Alatl5Gaa95As层。异质结构射极包含511 A η型 Ina49Gaa51P层、213 A 分级Ala3tlGaa7tlAs到Ala9tlGaaitlAs氧化物缓冲层、595 A η型Ala98Gaaci2As可氧化孔口层、另一 213 A分级Al0.9oGa0.1oAs到Ala3tlGaa7tlAs氧化物缓冲层,和500 A分级Ala3tlGaa7tlAs界限层。所述结构以2000 A GaAs顶部接触层完成。孔口是任选的。可参考图16的表，其最后一列指示相对于图15的图的层描述。
[0064]通过首先执行湿式蚀刻步骤以形成射极和基极-“漏极”台面，随后从子“漏极”层到衬底进行隔离蚀刻来制造两结倾斜电荷LED。随后执行金属化步骤以提供所需的电接触件。完成的LED仅具有两个端子:(a)到射极层的接触件，和(b)在基极和“漏极”层上的另一接触件(见图15)。基极-“漏极”形成p-n结，其中经由延伸到基极的共同接触金属化物而获得由共同电位(零电位差)维持的反向内建场。零基极-“漏极”电位差确保在基极-“漏极”边界处不存在基极电荷填充密度，因此在基极中建立动态的“倾斜”射极到“漏极”填充，其如上文首先所描述。“漏极”层因此执行类似于三端子HBLET中的集极的作用。其允许从基极移除过量的少数载流子(Id)，通过基极-“漏极” P-n结处的建置场从基极“扫掠”到“漏极”。从射极输送到“漏极”的未在基极输送时间内重组的基极载流子被移除(“排放”)。这通过防止基极中“缓慢”电荷的累积而实现倾斜电荷LED的快速调制。倾斜电荷LED拥有HBLET的高速光学调制特性。
[0065]倾斜电荷LED可经偏置为常用的两端子装置，这样就会更快地操作。在外部，倾斜电荷LED显示出类似于p-n结二极管(见图17)的电1-V特性。“接通”电压由射极-基极电位差确定，因为基极和“漏极”经金属化且其电位统一。图18所示的L-1e光学输出特性是从装置的底部发射(通过衬底)获得的。插图的宽辐射发射谱(FWHM?96nm)展示LED正在自发重组中操作。谱峰发生在λ = lOOOnm，对应于InGaAs量子阱的接地状态转变(1.24eV)。光学输出随着Ie超过1mA而饱和，因为内部“晶体管”增益(β = ID/IB)增加从而导致基极(重组)电流Ib = ΙΕ/(β+1)饱和。此实例的光学输出处于较低的微瓦范围内，因为假定从半导体GaAs-空气界面的单个逸出圆锥，光提取效率仅为约1.4%。为了获得装置的光学响应，通过光纤从装置顶部发射收集光学输出，且用连接到安捷伦(Agilent)N5230A网络分析器的12GHz p-1-n光检测器来测量。图19中展示对于Ie = 40,50和60mA的倾斜电荷LED的光学响应。数据展示与H(f) =A0/(l+jf/f3dB)形式的单极响应的优良拟合，其中f3dB = 1/(2Π τ Β)。对于此实例，在Ie = 60mA下获得7GHz的_3dB带宽f3dB，对应于有效τΒ = 23ps。
[0066]图20展示本发明的另一实施例，其利用隧道结作为漏极区。可例如参考“隧道结晶体管激光器(Tunnel Junct1n Transistor Laser) ”，M.冯(M.Feng)、N.小霍隆亚克(N.Holonyak, Jr.)、H.W.森(H.ff.Then)、C.H.吴(C.H.Wu)和 G.沃尔特(G.Walter)，应用物理学报，94，04118 (2009)。在图20中，具有与图14的元件类似的参考标号的元件对应于图14的那些元件。在图20中，隧道结的ρ+层1930邻近于基底1440，且隧道结的η+层1931邻近于η型子漏极层1434。
[0067]接着将描述本发明的又一方面。对于本发明此方面的实施例的实例，使用MOCVD制造的用于异质结双极型发光晶体管(HBLET)的晶体的外延层包含3000 A η型重掺杂GaAs 缓冲层，随后是500 A η 型 Ala30Gaa60As 层、分级 Ala3tlGaa7tlAs 到 Ala90Gaai0As 氧化物缓冲层600 Λ η型Ala98Gaatl2As可氧化层，以及完成底部包覆层的分级Ala9tlGaaitlAs至Ij AltlJGatl 7tlAs氧化物缓冲层。这些层随后是557 A η型子集极层、120 A Ina49Gatl 51Ρ蚀刻终止层、2871 A未掺杂GaAs集极层,和1358 A平均ρ掺杂3xl019cnT3AlGaAs/GaAs分级基极层(活性层)，其包含两个未掺杂丨丨2 A InGaAs量子阱(为λ?980nm设计)。外延HBTL结构以上部包覆层的生长完成，其包含511 A η型Intl 49Gatl 51P宽带隙射极层、分级Ala3tlGaa7tlAs到Ala9tlGaaiciAs氧化物缓冲层、600 A η型Ala98Gaaci2As可氧化层,和分级Ala90Gaai0As 到 Ala30Gaa70As 氧化物缓冲层，和500 A η 型 Ala3tlGaa7tlAs 层。最终，HBLET 结构以2000 A重掺杂η型GaAs接触层封端。在各种标准蚀刻和接触金属化步骤之后,本发明第一实例的已完成装置在10 μ m射极台面上具有约6 μ m的氧化物孔口直径DA。
[0068]图21中展示装置横截面及其俯视图布局的简化示意图。n+GaAs子集极区2105具有沉积于其上的η型GaAs集极区2110，随后是p+AlGaAs/GaAs基极区2120，其具有一个或一个以上未掺杂InGaAs量子阱(QW)。射极台面形成于基极上，且包含η型InGaP射极层2130，和η型AlGaAs孔口层2140，和n+GaAs包覆层2150。可使用横向氧化来形成中心孔口。集极接触金属化物展示于2107处，基极接触金属化物展示于2122处，且射极金属化物展示于2152处。
[0069]图22(a)和图22(b)中分别展示集极I_V和光学输出特性。装置例如在Ib =2mA和Vce = 2V下展现高达30 (或30dB)的电流增益β ( = Λ Ic/ Λ Ib)。图3 (b)中的光发射是用大面积光检测器从装置的底部测量的。假定针对法线入射的菲涅耳反射损失，来自GaAs-空气表面的单个逸出圆锥的光提取效率近似为1.4%。(见M*G.克拉福德(M.G.Craford)高亮度发光二极管、半导体和半金属(High Brightness Light EmittingD1des, Semiconductors and Semimetals) ”,第48卷，学术出版社，加利福尼亚圣地亚哥，56页，(1997))。光学输出的宽谱特性(见曲线图(b)的插图；FffHM = 76nm)指示HBLET操作的自发重组的宽度。此实例的HBLET并未并入谐振腔，应了解，谐振腔的使用将实质性增加光学输出提取。
[0070]以BC端口作为rf输入来操作共集极HBLET允许同时的电到光输出转换，以及EC输出端口处的电输出增益。由于其三端口特征，其光学输出也可响应于EC端口处的输入调制信号，但在此配置中，装置未在BC端口处提供同时的电输出增益。将EC端口部署为rf输入具有的优点是用于最大功率传送的更好匹配的输入阻抗(50Ω标准)。BC端口输入阻抗由于反向偏置BC结而大体上高于EC输入阻抗，且可在为了使电路性能最大化而期望高输入阻抗的情况下为有利的。
[0071]在本发明的实例中，以具有≥12GHz的带宽的高速p-1-n光检测器和50GHz电谱分析器来测量光学响应。频率产生器(0.05-20GHZ)用于对装置的输入信号。图23(b)和图23(a)中分别展示在偏置Ib = 2mA和VB。~0V(对于反向偏置BC结的条件)下共集极HBLET对BC和EC rf输入调制的光学响应。在两种情况下，在_3dB下的响应带宽f3dB为4.3GHz。在图24中，可见在Ib从ImA增加到2mA时，f3dB从2.8GHz改善为4.3GHz。光学输出和响应带宽展示为高达Ib = 2mA，其中光学输出(见插图的绘图)由于饱和和加热而开始降级。
[0072]光学响应H (f)可表达为

【权利要求】
1.一种用于产生表示高频电输入信号分量的高频光学信号分量的方法，其包括以下步骤: 提供半导体晶体管结构，所述半导体晶体管结构包含位于第二半导体类型的半导体射极与集极区之间的第一半导体类型的基极区； 在所述基极区中提供至少一个展现量子大小效应的区； 提供分别与所述射极、基极和集极区耦合的射极、基极和集极电极； 相对于所述射极、基极和集极电极施加包含所述高频电信号分量的电信号以通过所述量子大小区的辅助从所述基极区产生输出自发光发射，所述输出自发光发射包含表示所述高频电信号分量的所述高频光学信号分量； 为所述基极与射极电极之间的区中的所述光发射提供光学腔；以及 响应于所述高频电信号分量而缩放所述光学腔的横向尺寸以控制光发射的速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括提供安置于所述射极区上的孔口，且其中所述缩放所述横向尺寸包含缩放所述孔口的尺寸。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述孔口大体上为圆形的，且被缩放为直径约10 μ m或更小。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述孔口大体上为圆形的，且被缩放为直径约5 μ m或更小。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述腔大体上为矩形的，且其中所述缩放横向尺寸包括提供具有约?ο μ m或更小的线性尺寸的所述腔。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述腔大体上为矩形的，且其中所述缩放横向尺寸包括提供具有约5 μ m或更小的线性尺寸的所述腔。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述高频电信号分量具有至少约2GHz的频率。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述高频电信号分量具有至少约2GHz的频率。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述缩放尺寸包含将所述集极区厚度增加到至少约 250nm。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述施加电信号的步骤包含以共集极配置操作所述半导体晶体管。
11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括提供至少一个反射器以增强所述输出自发光发射的提取。
12.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括提供封闭所述基极区的至少部分的光学谐振腔，且其中所述输出发射包括激光发射。
13.一种用于产生表示高频电信号分量的高频光学信号分量的方法，其包括以下步骤: 提供分层半导体结构，所述分层半导体结构包含:半导体漏极区，其包括至少一个漏极层；半导体基极区，其安置于所述漏极区上且包含至少一个基极层；以及半导体射极区，其安置于所述基极区的一部分上且包括包含至少一个射极层的射极台面； 在所述基极区中提供至少一个展现量子大小效应的区； 提供具有位于所述基极区的暴露表面上的第一部分和与所述漏极区耦合的又一部分的基极/漏极电极，且在所述射极区的表面上提供射极电极； 相对于所述基极/漏极和射极电极施加信号以从所述基极区产生光发射； 为所述基极/漏极电极的所述第一部分与所述射极电极之间的区中的所述光发射提供光学腔；以及 响应于所述高频电信号分量而缩放所述光学腔的横向尺寸以控制光发射的速度。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述射极台面具有大体上直线的表面部分，且其中所述提供所述电极的步骤包括沿着所述射极台面的所述表面部分的一侧提供所述射极电极，且在所述基极区表面的邻近于所述射极台面表面部分的相对侧的一部分上提供所述基极/漏极电极的所述第一部分。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述提供所述电极的步骤进一步包括将所述射极电极和所述基极/漏极电极的所述第一部分提供为相对的线性导电条带。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述腔大体上为矩形的，且其中所述缩放横向尺寸包括提供具有约?ο μ m或更小的线性尺寸的所述腔。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述腔大体上为矩形的，且其中所述缩放横向尺寸包括提供具有约5 μ m或更小的线性尺寸的所述腔。
18.根据权利要求13所述的方法，其中所述高频电信号分量具有至少约2GHz的频率。
19.一种用于产生表示高频电信号分量的高频光学信号分量的方法，其包括以下步骤: 提供分层半导体结构，所述分层半导体结构包含:半导体漏极区，其包括至少一个漏极层；半导体基极区，其安置于所述漏极区上且包含至少一个基极层；以及半导体射极区，其安置于所述基极区的一部分上且包括包含至少一个射极层的射极台面； 在所述基极区中提供至少一个展现量子大小效应的区； 提供与所述基极区耦合且与所述漏极区耦合的基极/漏极电极，且提供与所述射极区耦合的射极电极； 提供安置于所述射极区上的孔口； 相对于所述基极/漏极和射极电极施加信号以从所述基极区产生光发射；以及 响应于所述高频电信号分量而缩放所述孔口以控制光发射的速度。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述孔口大体上为圆形的，且被缩放为直径约10 μ m或更小。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述孔口大体上为圆形的，且被缩放为直径约5 μ m或更小。
22.根据权利要求19所述的方法，其中所述高频电信号分量具有至少约2GHz的频率。
23.一种用于产生表示高频电输入信号分量的高频光学信号分量的装置，其包括: 半导体晶体管结构，其包含位于第二半导体类型的半导体射极与集极区之间的第一半导体类型的基极区； 在所述基极区中的至少一个展现量子大小效应的区； 分别与所述射极、基极和集极区耦合的射极、基极和集极电极； 借此相对于所述射极、基极和集极电极施加包含所述高频电信号分量的电信号通过所述量子大小区的辅助而从所述基极区产生输出自发光发射，所述输出自发光发射包含表示所述高频电信号分量的所述高频光学信号分量；以及 用于所述基极与射极电极之间的区中的所述光发射的光学腔； 所述光学腔的横向尺寸响应于所述高频电信号分量而经缩放以控制光发射的速度。
24.根据权利要求23所述的装置，其进一步包括安置于所述射极区上的孔口，且其中所述孔口大体上为圆形的，且被缩放为直径约1ym或更小。
25.根据权利要求23所述的装置，其进一步包括安置于所述射极区上的孔口，且其中所述孔口大体上为圆形的，且被缩放为直径约5 μ m或更小。
26.根据权利要求23所述的装置，其中所述腔大体上为矩形的，且其中所述腔具有约10 μ m或更小的线性尺寸。
27.根据权利要求23所述的装置，其中所述腔大体上为矩形的，且其中所述腔具有约5 μ m或更小的线性尺寸。
28.一种用于产生表示高频电信号分量的高频光学信号分量的装置，其包括: 分层半导体结构，其包含:半导体漏极区，其包括至少一个漏极层；半导体基极区，其安置于所述漏极区上且包含至少一个基极层；以及半导体射极区，其安置于所述基极区的一部分上且包括包含至少一个射极层的射极台面； 在所述基极区中的至少一个展现量子大小效应的区； 具有位于所述基极区的暴露表面上的第一部分和与所述漏极区耦合的又一部分的基极/漏极电极，和在所述射极区的表面上的射极电极； 借此相对于所述基极/漏极和射极电极施加的信号从所述基极区产生光发射；以及用于所述基极/漏极电极的所述第一部分与所述射极电极之间的区中的所述光发射的光学腔； 所述光学腔的横向尺寸响应于所述高频电信号分量而经缩放以控制光发射的速度。
29.根据权利要求28所述的装置，其中所述腔大体上为矩形的，且其中所述腔被缩放为具有约10 μ m或更小的线性尺寸。
30.根据权利要求28所述的装置，其中所述腔大体上为矩形的，且其中所述腔被缩放为具有约5 μ m或更小的线性尺寸。
31.一种用于产生表示高频电信号分量的高频光学信号分量的装置，其包括: 分层半导体结构，其包含:半导体漏极区，其包括至少一个漏极层；半导体基极区，其安置于所述漏极区上且包含至少一个基极层；以及半导体射极区，其安置于所述基极区的一部分上且包括包含至少一个射极层的射极台面； 在所述基极区中的至少一个展现量子大小效应的区； 与所述基极区耦合且与所述漏极区耦合的基极/漏极电极，和与所述射极区耦合的射极电极； 安置于所述射极区上的孔口 ；且 借此相对于所述基极/漏极和射极电极施加的信号从所述基极区产生光发射； 所述孔口响应于所述高频电信号分量而经缩放以控制光发射的速度。
32.根据权利要求31所述的装置，其中所述孔口大体上为圆形的，且被缩放为直径约10 μ m或更小。
33.根据权利要求31所述的装置，其中所述孔口大体上为圆形的，且被缩放为直径约5 μ m或更小。
【文档编号】B82Y20/00GK104201564SQ201410346118
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2010年4月16日 优先权日:2009年4月17日
【发明者】加布里埃尔·沃尔特, 米尔顿·冯, 尼克·小霍伦亚克, 田汉威, 吴曹新 申请人:伊利诺斯大学理事会, 量子电镀光学系统有限公司