CN102273029B - 发光和激光作用半导体装置和方法 - Google Patents

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Abstract

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，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。

Description

发光和激光作用半导体装置和方法
技术领域
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
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。
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WO/2005/020287号和第WO/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 Emission 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(Quantum-Well-Base Heterojunction 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)；II型GaAsSb/InP异质结双极型发光晶体管(Type-II GaAsSb/InP Heterojunction Bipolar Light-EmittingTransistor)，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 Operation Of 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 AHeterojunction Bipolar 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)，N·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、A·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 Base Quantum WellTransitions 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(CollectorBreakdown 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/1 GHz)电和光学相加、混合以及处理方波信号(High-Speed(/spl ges/1GHz)Electrical And Optical Adding，Mixing，And Processing Of Square-Wave Signals WithA 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/GaN Heterojunction BipolarLight-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 LifetimeAnd Modulation Bandwidth Of A Quantum Well AIGaAs/InGaP/GaAs/InGaAs TransistorLaser)，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-Keldysh Reduction of TheLinewidth 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 A Quantum-WellTransistor 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 Transistor Laser)，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 The EffectiveMinority Carrier Lifetime In The Operation Of A Quantum-Well n-p-n HeterojunctionBipolar Light-Emitting Transistor Of Varying Base Quantum-Well Design And Doping)，H·W·然(H.W.Then)、M·冯、N·奥隆尼亚克以及C·H·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 Control AnalysisOf 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 Of The FirstExcited 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(β＞49)Light-Emitting InGaN/GaN HeterojunctionBipolar 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)；量子阱晶体管激光器的集极特性和差分光学增益(Collector Characteristics And The DifferentialOptical 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 at 1544nm)，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 Transistor LaserOperation 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)。
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。
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(Inon-rad)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＝Inon-rad+Irad)。
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。
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。
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。
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HDMI 1.3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HDMI 1.4标准，现在接近约6.8Gbps/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。
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。
对晶体管基极输送机制的研究导致出现一类新的高速(＞1GHz)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。
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
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。
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。
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。
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。
接下来，处理本发明的第二方面。
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17b)，通常0.8＞VCB＞-5V)。在共用集极配置下，集极通常接地(0V)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。
然而，申请人已注意到，存在一种特殊状况，其中VB＝VC＝0(因此，VCB＝0V，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19b)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
附图说明
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。
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。
图3是本发明的第一方面的类型1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。
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。
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。
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。
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。
图8是具有深QW设计和同质掺杂基极区的常规QW异质结双极型发光晶体管(QW-HBLET)的横截面图。(图式未按比例绘制)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
图17a展示简化的晶体管I对VBE曲线图。
图17b展示简化的晶体管I对VCB曲线图。
图18展示常见集极配置中的晶体管的实例。
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。
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。
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。
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。
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IE对V特性。基极层负责空穴和少数电子两者的流动。
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。
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100mA的发射极电流下的10.3125Gbps眼图。时间标度为20微微秒每分度。
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
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。
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(Ithermal)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：
I thermal 1 ∝ e - qV 1 kT
I thermal 2 ∝ e - qV 2 kT
I thermal 1 I thermal 2 = e - q ( V 1 - V 2 ) kT
其中q是库仑(coulomb)电荷1.6x 10-19C，且k是玻尔兹曼(Boltzman)常数。在量子阱中捕捉到的载流子通过光子的辅助而从量子阱热化出来。对于对称量子阱(ΔV＝V1-V2＝0)，载流子向QW的任一侧的热化的概率是相等的，
Figure BPA00001397868500101
以上等式还展示深QW(较大的V1、V2)将热电流作为整体来减小。然而，较深的QW增加了QW储存电荷的能力，这将显著减小装置的高速能力。由于对所捕捉载流子的较佳限定，深QW关于所捕捉载流子的横向扩散也更高效。在另一极端，浅阱的使用增加了所捕捉载流子的再热化速率(与QW的重组速率竞争)，这可导致高增益装置。根据本发明的一特征，可使用一个或一个以上相对较浅的QW，从而实现速度和高增益的优点，但不具有可能通常规定不可使用浅阱的伴随的再热化问题，因为相对较高带隙的第一基极子区将趋向于减少朝发射极区的再热化载流子移动。这些载流子将趋向于流回到QW中。在本发明的一实施例中，结合不对称基极特征而使用的浅阱限于具有单个能量状态；即接地状态。
图3展示发射极侧上的第一基极子区的材料具有比集极侧上的第二基极子区的材料大的带隙的类型1布置。此布置提供最大的可能Ithermal1/Ithermal2比率。然而，大多数的大带隙材料具有相对较低的移动性，其减少载流子的通行时间。
图4展示类型2布置。第一基极子区的分级宽带隙结构允许辅助载流子的通行的内建场，因此减少较高带隙材料的较低固有移动性的影响。分级场还辅助第一基极子区中的任何再热化载流子流回到量子阱中。有效势垒高度(V1)因分级效应而低于类型1结构中的有效势垒高度。
图5展示第一基极子区具有阶梯状带隙的类型3布置。在此实例中，宽带隙材料在未经掺杂或低掺杂缓冲层生长之后生长。缓冲层对于材料生长目的来说可为必要的。
图6展示第一基极子区具有分级且接着阶梯状带隙的类型4布置。宽带隙材料在未经掺杂或低掺杂分级缓冲层生长之后生长。分级缓冲有助于将热化载流子扫掠回到量子阱中，从而最小化缓冲层中的重组事件。低掺杂或未经掺杂的层最小化所述层的非辐射重组能力。
参看图7，展示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上的不对称带结构。在理想条件下，载流子的热化应仅朝向可收集其的集极。将基极的最宽带隙区选择为使得价带不连续性(ΔVv)仍大于0V，以便防止空穴扩散到发射极中。基极的分级带隙通过内建电场来辅助使电子朝电和光学(QW)集极漂移。这也辅助使内建空穴朝集极漂移。
参看图8，展示具有深QW设计和同质掺杂基极区的常规QW异质结双极型发光晶体管(QW-HBLET)。举例来说，可参考本发明的背景技术部分中提到的专利和公开案。在图8中，基极区840安置于发射极区850与集极区830之间，基极区包含量子阱841。集极830下方为子集极区825，其上具有集极电极826。发射极上方是发射极限定和接触区860以及氧化物界定的孔口855。基极区上具有基极电极843，且发射极区上具有发射极电极853。例如在本发明的背景技术部分中所列举的专利和公开案中所描述，将适当的偏置和激励信号施加到电极。相对较深的QW辅助所捕捉的载流子远离光学腔(对于此垂直腔装置为阴影区802)而横向传播且重组。除此之外，随着载流子横向传播(见箭头)，载流子还可再热化，且朝发射极再热化(反向扩散)的载流子大多数不会受到非辐射重组的影响。
图9展示根据本发明的第一方面的实施例的QW-HBLET结构，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。在图9中，发射极区850、集极区830、子集极825、发射极限定和接触区860、氧化物界定的孔口855、发射极电极853、基极电极843以及集极电极826全部类似于图8中具有相似参考标号的元件。然而，在图9中，与集极侧上的相对较窄的带隙子区947相比，基极940在发射极侧上具备相对较宽的带隙基极子区948。图9的箭头(即，其在基极上部子区中的不存在)表示反向扩散的减少。如上文所述，可优选通过使子区具备分级带隙半导体材料和/或阶梯状带隙半导体材料来实现较高的带隙子区。
图10展示根据本发明的第一方面的另一实施例的QW-HBLET结构，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。在图10中，相似参考标号表示图8和图9的装置的类似元件。在图10中，如在图9中，与基极的集极侧上的相对较窄的带隙子区(1047，在图10中)相比，基极区(1040，在图10中)在基极的发射极侧上具有相对较宽的带隙基极子区(1048，在图10中)。然而，在此情况下，如上文所述，在基极中使用较浅的量子阱1041，以便限制所捕捉载流子的横向扩散(见图10中的横向方向上的相对较短的箭头)。
图11展示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。在此实例中，装置为npn，但将理解，本发明的原理也适用于pnp装置。衬底1105(掺杂或未掺杂)上已沉积有具有可氧化孔口层的n型下部限定层1110、n型集极接触层1120以及n型集极层1130。重掺杂p型基极区1140包含量子阱(QW)1141以及子区1147和1148，其带隙具有不对称设计，如先前所述。还展示n型发射极1150、具有氧化孔口层的n型上部限定层(1160)以及发射极接触层1170。
图12的表展示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，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。从GaAs衬底向上，用于QW-HBLET的晶体的外延层包含
Figure BPA00001397868500121
n型掺杂GaAs缓冲层(层1)、分级Al0.30Ga0.70As限定层(层2)、
Figure BPA00001397868500123
分级Al0.30Ga0.70As到Al0.90Ga0.10As氧化物缓冲层(层3)，n型Al0.98Ga0.02As可氧化孔口层(层4)、另一
Figure BPA00001397868500125
的分级Al0.90Ga0.10As到Al0.30Ga0.70As氧化物缓冲层(层5)，接着是
Figure BPA00001397868500126
n型GaAs接触层(层6和7)、
Figure BPA00001397868500127
InGaP蚀刻终止层(层8)、
Figure BPA00001397868500128
未掺杂集极层。这些层后接着是
Figure BPA00001397868500129
的基极层(层19到18)，其包含两个未掺杂InGaAs量子阱(层12到16)，以及具有分级基极掺杂的经分级Al0.005Ga0.995As到Al0.05Ga0.95As基极层(层17)。
然后，异质结构发射极包含
Figure BPA000013978685001211
n型In0.49Ga0.51p层(层19)、分级Al0.30Ga0.70As到Al0.90Ga0.10As氧化物缓冲层(层20)、
Figure BPA000013978685001213
n型Al0.98Ga0.02As可氧化孔口层(层21)、另一的分级Al0.90Ga0.10As到Al0.30Ga0.70As氧化物缓冲层(层22)、
Figure BPA000013978685001215
分级Al0.30Ga0.70As限定层(层23)。结构以
Figure BPA000013978685001216
GaAs顶部接触层(层24)完成。
通过首先以光刻步骤和使用氟利昂14(CF4)气体的反应性离子蚀刻在晶体上图案化保护性SiN4，来执行用于本发明的第一方面的实施例的QW-HBLET制造过程的实例。接着通过湿式蚀刻(1∶8∶80 H2O2∶H2SO4∶H2O)来使顶部n型GaAs接触层(层24)和AlGaAs层(层20到23)暴露，以形成发射极台面，且露出n型In0.49Ga0.51P宽隙发射极层(层19)。样品在供应有N2+H2O的炉中在425℃下氧化，从而引起在发射极台面中形成氧化物界定的孔口的横向氧化。使样品(在N2中)在425℃下退火7分钟，以在通过等离子体(CF4)蚀刻来去除保护性SiN4之前，重新活化p掺杂剂。接着使用湿式蚀刻(HCl)来去除发射极层(层19)In0.49Ga0.51P，从而使p型AlGaAs基极接触层(层18)暴露。接着图案化保护性光致抗蚀剂(PR)层，以勾勒基极台面的轮廓。接着使用选择性蚀刻(10∶1 C6H8O7∶H2O2)来去除层9到18，且通过湿式蚀刻(HCl)去除In0.49Ga0.51p蚀刻终止层(层8)，从而使重掺杂n型GaAs子集极接触层(层7)暴露，且形成基极台面。然后，在发射极台面和集极材料上形成PR窗，接着沉积AuGe/Ni/Au(
Figure BPA000013978685001217
)，以形成与发射极接触层(层29)和子集极接触层(层7)的n型金属接触。接着是金属起离工艺。然后，在基极台面上形成另一PR窗，且在此之后，将Ti/Pt/Au(
Figure BPA000013978685001219
Figure BPA000013978685001220
)沉积在层18上，以形成P型接触。在金属起离步骤之后，接着使样品在350℃下退火以形成欧姆接触。接着，施加聚酰亚胺层，并在270℃下固化，以减少装置的表面泄漏电流。使用等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)系统将额外的氮化硅层沉积在聚酰亚胺的顶部。使用另一光刻步骤来界定通孔开口以形成与发射极、基极和集极金属的接触。使用氟利昂14(CF4)气体和PR作为蚀刻掩模，用反应性离子蚀刻(RIE)系统来执行对氮化硅层的电介质通孔开口。接着用清洗溶剂来剥离PR。使用氧气(O2)等离子来移除聚酰亚胺层，其中使用氮化硅层作为蚀刻掩模。在接触通孔制造步骤之后，可执行另一光刻步骤以沉积Ti/Au()，从而形成从装置到接地—信号—接地(GSG)高频探测垫的接触。
图13的表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。将分布式布拉格反射器(DBR)镜添加到HBLET，从而形成共振腔以辅助光提取。顶部镜面反射可从1％变化到95％，从而形成共振腔发光晶体管。也可颠倒所述结构，其中顶部DBR的反射大于底部DBR，这允许透过衬底提取光。
图14的表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。增加顶部DBR镜对的数目以使得受激发射能够在共振垂直腔晶体管激光器中发生。顶部镜面反射率可从90％变化到99.5％。同样，可颠倒DBR镜配置以透过底部提取光。
图15的表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。层4和21中的厚度增加到3000A，以便允许波导效应。
图16展示图11的装置的变化形式，其中利用隧道结1630取代装置的集极。在使用隧道结作为HBTL中的集极方面，可参照例如“隧道结晶体管激光器(Tunnel JunctionTransistor Laser)”(M.冯、N.奥隆尼亚克、H.W.然、C.H.吴和G.沃尔特，应用物理快报，94，04118(2009))。在图16中，隧道结1630的p+层1631邻近于基极子区1147，且隧道结1630的n+层1632邻近于n型集极接触层。不对称基极特征如前所述。
关于本发明的第二方面，申请人已确定，通过用漏极来替换集极结，仍可在两端装置(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的N-P(发射极—基极)结退出的相同用途。然而，通过使电子朝共用触点处的非辐射重组排出，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。
参看图20，其中展示了根据本发明的第二方面的实施例的且可用于实践本发明的方法的实施例的装置。可使用例如如本发明的背景技术部分中列出的专利和出版物中所述的用于沉积III-V半导体层的常规半导体沉积技术和装置制造与修整技术来制造所述装置。在此实施例中，p型基极区740安置于经无意掺杂的n型漏极区733与n型发射极区750之间，使得所述发射极区与基极区之间存在第一半导体结，且基极区与漏极区之间存在第二半导体结。基极区740包含量子大小区741，例如一个或一个以上量子阱或量子点的一个或一个以上区。漏极733下方是n型子漏极734。发射极上方是发射极覆层与接触区760和氧化物界定的孔口755。发射极区具有与其耦合的呈发射极触点753形式的发射极电极。基极/漏极电极与基极区和漏极区耦合。在图20的实施例中，基极/漏极电极是金属触点770，其沉积于基极区和子漏极区的周边上。如图20所示，相对于发射极触点753将正偏压791施加于基极/漏极触点770，且还相对于这些触点施加AC电压792。
图20中的电子和空穴的流动由图中的箭头展示。由量子阱辅助的基极区中的重组引起发光。可将波导和腔配置添加到此结构，以便允许此装置用作两个结的激光器二极管、两个结的共振腔发光二极管，或两个结的垂直腔晶体管激光器。(举例来说，可在图20的装置中提供典型的上部和下部分布式布拉格反射器(DBR)以获得光学共振腔。)在如图20中在785处表示的有源光学区中优化辐射重组。
图20的装置可描述为二极管，因为其拥有二极管的DC电特性。其DC等效电路展示于图21a中，且其I-V电特性展示于图21b中。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。二极管拥有如NP结的内建场定义的接通电压，和等效于R＝RE+RB1//RD的全接通电阻。现有技术的单个结的二极管(无漏极)的等效电路展示于图22a中，且对应的I-V特性展示于图22b中。基极层负责空穴和少数电子两者的流动。电特性维持类似的接通电压。然而，单个结的二极管的全接通电阻较大且由R＝RE+RB2表示。请注意，RB2≠RB1，因为重度掺杂的P型基极层现在必须横向扩散电子和传导空穴。在没有漏极层的情况下，在现有技术单个结的二极管中，在多余电子(少数载流子)横向行进穿过基极层时，经由重组而从基极中的有源光学腔区移除掉多余电子，从而迫使较大的空穴电流传导穿过电阻性基极层，以便补偿重组。由于重组是远离有源光学腔，所以在现有技术装置中，空穴基极电流并非最佳用于产生有用的辐射重组。未在基极中重组的电子可最终扩散到正触点端子并重组。由于允许电子横向行进，所以这会增加电子分布的面积，且还会增加P型基极区中的电子电荷的总量。这使得现有技术的装置中的电荷储存电容相对较大，因而速度较慢。
在本发明的第二方面的两个结的二极管中，基极层主要仅负责空穴的横向的传导。电子的最小电阻路径是快速穿过相对薄的基极(例如130nm)扩散到漏极层。这允许最佳地在有源光学区中限定重组，且因此允许最佳地使用横向传导的空穴。由于电子快速地从基极层扩散出去，所以这会产生较小的电荷储存电容。组合的较小电容与电阻对于高速操作来说非常有益，原因在于装置速度与RC时间常数乘积之间的关系。
在使用同质结作为第二结的本发明的第二方面的示范性实施例中，发射极区是n型InGaP，基极区是具有未掺杂的InGaAs量子阱的重度掺杂的p型GaAs，漏极层是轻度掺杂的n型GaAs，且子漏极层是n型GaAs。在以异质结作为第二结的实施例中，基极可为例如具有GaAs量子阱的AlGaAs。此外，虽然展示了npn实施例，但也可实施pnp实施例。
在15摄氏度下制造和测试450um腔长度的两个结的激光器二极管。已阐明所述装置能够进行5千兆(图23)和10千兆(图24)操作。
在所参考的申请日期与本案相同的共同待决的申请案中，尤其揭示了使用基极区的优点，所述基极区包含量子大小区的发射极侧上的第一基极子区，和量子大小区的集极侧上的第二基极子区，所述第一和第二基极子区具有不对称的带结构，即，第一基极子区包括相对较高的带隙的半导体材料，且第二基极子区包括相对较低的带隙的半导体材料。通过这样做，减少了载流子从量子大小区朝发射极区的再热化。因此，举例来说，在图20的实施例中，量子阱741的相对侧上的基极子区可依据所描述的教示。
图25展示利用隧道结作为漏极层的本发明的另一实施例。可参照例如“隧道结晶体管激光器(Tunnel Junction Transistor Laser)”(M.冯、N.奥隆尼亚克、H.W.然、C.H.吴和G.沃尔特，应用物理快报，94，04118(2009))。在图9中，隧道结的p+层2530邻近于基极740，且隧道结的n+层2531邻近于n型接触层2534。

Claims (46)

1.一种用于改进发光晶体管的操作的方法，其包括以下步骤：
提供发光晶体管，其包含发射极、基极和集极半导体区，和所述基极区内的量子大小区，所述基极区包括所述量子大小区的发射极侧上的第一基极子区，和所述量子大小区的集极侧上的第二基极子区；以及
向所述第一和第二基极子区提供彼此不对称的带结构，其包括向所述第一基极子区提供比所述第二基极子区的半导体材料高的带隙的半导体材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述向所述第一基极子区提供比所述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所述第一基极子区提供分级带隙半导体材料。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述向所述第一基极子区提供分级带隙半导体材料的步骤包括向所述第一基极子区提供经分级而在所述发射极的方向上具有逐渐增加的带隙的材料。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述向所述第一基极子区提供比所述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所述第一基极子区提供阶梯状带隙半导体材料。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述向所述第一基极子区提供比所述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所述第一基极子区提供分级且阶梯状带隙半导体材料。
6.根据权利要求1到5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量子大小区的步骤包括在所述基极区内提供至少一个量子阱。
7.根据权利要求1到5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量子大小区的步骤包括在所述基极区内提供至少一个量子点层。
8.根据权利要求1到5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量子大小区的步骤包括提供具有单个能量状态的至少一个浅量子阱。
9.根据权利要求1到5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。
10.根据权利要求1到5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，且其中所述发光晶体管是晶体管激光器。
11.一种半导体发光装置，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，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彼此不对称的带结构，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。
12.根据权利要求11所述的装置，其中所述第一基极子区包括分级带隙半导体材料。
13.根据权利要求12所述的装置，其中所述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。
14.根据权利要求11所述的装置，其中所述第一基极子区包括阶梯状带隙半导体材料。
15.根据权利要求11所述的装置，其中所述第一基极子区包括分级且阶梯状带隙半导体材料。
16.根据权利要求11到15中任一权利要求所述的装置，其中所述基极区内的所述量子大小区包括所述基极区内的至少一个量子阱。
17.根据权利要求11到15中任一权利要求所述的装置，其中所述基极区内的所述量子大小区包括所述基极区内的至少一个量子点层。
18.根据权利要求11到15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，且其中所述发光晶体管是晶体管激光器。
19.根据权利要求18所述的装置，其中所述晶体管激光器包括垂直腔晶体管激光器。
20.根据权利要求18所述的装置，其中所述晶体管激光器包括边缘发射晶体管激光器。
21.根据权利要求11到15中任一权利要求所述的装置，其中所述集极区包括隧道结，所述隧道结包括n+层和p+层，其中所述p+层邻近于所述基极区。
22.一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，
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，并且所述第一和第二基极子区具有彼此不对称的带结构，并且其中所述第一基极子区包括具有比所述第二基极子区的半导体材料高的带隙的半导体材料。
23.根据权利要求22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。
24.根据权利要求23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。
25.根据权利要求22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。
26.根据权利要求25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。
27.根据权利要求25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。
28.根据权利要求22到27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，且所述第二导电类型为p型。
29.根据权利要求22到27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，且所述第二导电类型为n型。
30.根据权利要求22到27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。
31.根据权利要求22到27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。
32.根据权利要求22到27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。
33.根据权利要求22到27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。
34.根据权利要求22到27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。
35.根据权利要求22到27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。
36.根据权利要求28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发射极电极和基极/漏极电极施加AC信号。
37.根据权利要求36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发射极电极和基极/漏极电极施加具有大于1GHz的频率的AC信号。
38.根据权利要求23所述的方法，其中所述漏极层包括非故意掺杂的漏极层。
39.根据权利要求28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n+层和p+层，其中所述p+层邻近于所述基极区。
40.一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；
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所述半导体装置的所述基极产生光发射，
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，并且所述第一和第二基极子区具有彼此不对称的带结构，并且其中所述第一基极子区包括具有比所述第二基极子区的半导体材料高的带隙的半导体材料。
41.根据权利要求40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。
42.根据权利要求41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。
43.根据权利要求40到42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。
44.根据权利要求43所述的装置，其中所述第二半导体结包括同质结。
45.根据权利要求43所述的装置，其中所述第二半导体结包括异质结。
46.根据权利要求40到42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。
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