JP2007503710A - Semiconductor device and method - Google Patents

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ミルトン フォン
ニック ジュニア ホロニャック
ワリード ハーフェツ
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ザ ボード オブ トラスティース オブ ザ ユニバーシティ オブ イリノイ
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06203Transistor-type lasers

Abstract

【課題】既に達した速度を潜在的に越えることさえできる極めて高速で動作できるバイポーラトランジスタとその方法を提供することである。
【解決手段】バイポーラトランジスタから制御可能な光放射を生成する方法及び素子が開示されている。また、以下の工程、つまりエミッタ、ベース、及びコレクタ領域を有するバイポーラトランジスタを提供し、電気信号とエミッタ、ベース、及びコレクタ領域を結合する電極を提供し、及び自然放射の不利益に対して誘導放射を強化するためにベース領域を適合させ、それによりベース領域のキャリア再結合寿命を削減する工程を含むバイポーラトランジスタの速度を増大させる方法も開示されている。
【選択図】図1
A bipolar transistor capable of operating at very high speeds and a method thereof that can potentially exceed the already reached speeds.
A method and device for generating controllable light radiation from a bipolar transistor is disclosed. It also provides a bipolar transistor having the following steps: emitter, base, and collector regions, providing an electrode that couples the electrical signal with the emitter, base, and collector regions, and inducing against the disadvantages of natural radiation A method for increasing the speed of a bipolar transistor is also disclosed that includes adapting the base region to enhance radiation, thereby reducing the carrier recombination lifetime of the base region.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は高速の半導体素子と方法に関し、及び更に制御された光放射を生成し、及び同時に電気信号増幅ができる半導体素子と方法に関する。   The present invention relates to high speed semiconductor devices and methods, and more particularly to semiconductor devices and methods capable of producing controlled light emission and simultaneously amplifying electrical signals.

これに関する背景の一部は、III−V族半導体といった直接バンドギャップ半導体に基づいた光発射の発達にある。光放出ダイオード及びレーザダイオードを含むこうした素子は、広く商業的に利用されている。   Part of the background in this regard is the development of light emission based on direct bandgap semiconductors such as III-V semiconductors. Such devices, including light emitting diodes and laser diodes, are widely used commercially.

これに関する背景の別の一部は、ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ(HBT)として知られる素子の高い少数キャリア注入効率を達成するための広いバンドギャップ半導体の発達にあり、それは1948年に最初に提案された(例えば、米国特許2,569,376を参照のこと;さらにはH.KroemerによるProceedings Of The IRE、45、1535−1544(1957年)の「Theory Of A Wide−Gap Emitter For Transistors」を参照のこと)。これらのトランジスタ素子は、非常に高速で動作できる。InP HBTは500GHz以上の速度での動作を示すことが最近明らかにされた。   Another part of this background is the development of wide bandgap semiconductors to achieve the high minority carrier injection efficiency of devices known as heterojunction bipolar transistors (HBTs), which was first proposed in 1948. (See, eg, US Pat. No. 2,569,376; see also “Theory Of A Wide-Gap Emitter For Transistors” in Proceedings Of The IRE, 45, 1535-1544 (1957) by H. Kroemer. thing). These transistor elements can operate at very high speeds. It has recently been shown that InP HBTs operate at speeds above 500 GHz.

本発明の目的は、既に達した速度を潜在的に越えることさえできる極めて高速で動作できるバイポーラトランジスタ素子とその方法を提供することである。さらに本発明の目的は、制御された光放射を生成する素子及び方法を提供すること及び光出力及び電気出力の同時制御ができる素子を提供することである。   It is an object of the present invention to provide a bipolar transistor device and method thereof that can operate at very high speeds that can potentially even exceed the speeds already reached. It is a further object of the present invention to provide an element and method for generating controlled light radiation and to provide an element capable of simultaneous control of light output and electrical output.

本発明の1つの側面は、ベース層からの光放射を示す直接バンドギャップへテロジャンクショントランジスタを含む。ベース電流の変調は、変調された光放射を生成する。ここで使用されるように、「光」は可視域内の又はその外側の光学的放射を意味する。   One aspect of the invention includes a direct bandgap heterojunction transistor that exhibits light emission from the base layer. Modulation of the base current generates modulated light radiation. As used herein, “light” means optical radiation in or outside the visible range.

本発明の更なる側面は、光放射HBTの3つのポートの動作を含む。自然光放射及び電気信号出力は両方ともHBTのベースに印加される信号により変調される。   A further aspect of the invention includes the operation of the three ports of the light emitting HBT. Both the natural light emission and the electrical signal output are modulated by a signal applied to the base of the HBT.

本発明の別の側面は、トランジスタの速度を高めるために、バイポーラトランジスタ(例えばバイポーラジャンクショントランジスタ(BJT)又はヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ(HBT))のベース層で役立つ誘導放射を取り入れることを含む。自然放射性再結合寿命は、バイポーラトランジスタ速度の本質的限界である。本発明の形状では、バイポーラトランジスタのベース層が、自然放射の不利益に対して誘導放射(又は誘導再結合)を強化するために適合され、それにより再結合寿命を削減し及びトランジスタ速度を増大させる。本発明のこの側面の形状では、量子サイズ効果を示す少なくとも1つの層、つまり好ましくはドープされていない又は軽くドープされた好ましくは量子井戸又は量子ドットの層が、バイポーラトランジスタのベース層に提供される。好ましくは、量子サイズ効果を示す少なくとも1つの層を含むベース層の少なくとも一部が大いにドープされ、及び前記少なくとも1つの層より広いバンドギャップ材料製である。少なくとも1つの量子井戸、又は量子ドットの層は、大いにドープされた材料の高いギャップ内で、誘導再結合を強化し及び放射性再結合寿命を削減する。二次元電子ガス(「2−DEG」)は量子井戸又は量子ドット層のキャリア濃度を高め、それによりベース領域の可動性が改良される。ベース抵抗の改良により、ベース輸送時間の削減に付随してベース厚の削減が可能となる。速度におけるこれらの利点は、光放射が利用される高速バイポーラトランジスタで、及び/又は光放射が利用されない高速バイポーラトランジスタに適用できる。例えば間接バンドギャップ材料のヘテロジャンクションバイポーラトランジスタといった光放射バイポーラトランジスタ素子では、量子サイズ効果を示す1つ又はそれ以上の層の使用は、光放射を強化する及び素子の放射波長特性をカスタマイズする上でも有利である。   Another aspect of the present invention involves incorporating stimulated radiation that is useful in the base layer of a bipolar transistor (eg, bipolar junction transistor (BJT) or heterojunction bipolar transistor (HBT)) to increase transistor speed. Natural radiative recombination lifetime is an intrinsic limitation of bipolar transistor speed. In the form of the invention, the base layer of the bipolar transistor is adapted to enhance stimulated emission (or stimulated recombination) against the disadvantages of natural radiation, thereby reducing recombination lifetime and increasing transistor speed. Let In this aspect of the invention, at least one layer exhibiting a quantum size effect is provided in the base layer of the bipolar transistor, preferably a layer of preferably undoped or lightly doped preferably quantum wells or quantum dots. The Preferably, at least a portion of the base layer including at least one layer exhibiting a quantum size effect is highly doped and is made of a band gap material wider than said at least one layer. At least one quantum well, or layer of quantum dots, enhances inductive recombination and reduces radiative recombination lifetime within a high gap of highly doped material. Two-dimensional electron gas (“2-DEG”) increases the carrier concentration of the quantum well or quantum dot layer, thereby improving the mobility of the base region. By improving the base resistance, the base thickness can be reduced along with the reduction of the base transportation time. These advantages in speed are applicable to high speed bipolar transistors where light radiation is utilized and / or to high speed bipolar transistors where light radiation is not utilized. In light-emitting bipolar transistor devices, such as heterojunction bipolar transistors of indirect band gap materials, the use of one or more layers exhibiting quantum size effects can also enhance light emission and customize the device's emission wavelength characteristics. It is advantageous.

これに関する1つの好ましい実施形態では、量子サイズ効果を示す量子井戸層及び/又は量子ドット層は、好ましくはおよそ100オングストローム以下の厚さを有する。   In one preferred embodiment in this regard, quantum well layers and / or quantum dot layers that exhibit quantum size effects preferably have a thickness of about 100 angstroms or less.

本発明の1つの実施形態によると、方法は、半導体素子から制御可能な光放射を生成するために、以下の工程、つまりコレクタ、ベース、及びエミッタ領域を含むヘテロジャンクションバイポーラトランジスタを提供すること、及びベース領域の放射性再結合による光放射を引き起こすためにコレクタ、ベース、及びエミッタ領域と結合される端子全域の電気信号を印加することを含むと説明される。本実施形態の形状では、電気信号を印加する工程は、コレクタ−エミッタ電圧を印加する及び変調ベース電流を印加することにより光出力を変調することを含む。   According to one embodiment of the present invention, the method provides a heterojunction bipolar transistor including the following steps to generate controllable light emission from a semiconductor device: collector, base, and emitter regions; And applying an electrical signal across the terminals coupled to the collector, base, and emitter regions to cause light emission due to radiative recombination of the base region. In the form of this embodiment, applying the electrical signal includes modulating the light output by applying a collector-emitter voltage and applying a modulation base current.

本発明の別の実施形態によると、素子は、電気入力信号を受信する入力ポート、入力信号により変調される電気信号を出力する電気出力ポート、及び入力信号により変調される光信号を出力する光出力ポートを有すると説明され、その素子はコレクタ、ベース、及びエミッタ領域を含むヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ素子を含み、入力ポートはベース領域と結合される電極を含み、電気出力ポートはコレクタ領域とエミッタ領域に結合される電極を含み、及び光出力ポートはベース領域との光結合を含む。   According to another embodiment of the present invention, the element has an input port for receiving an electrical input signal, an electrical output port for outputting an electrical signal modulated by the input signal, and light for outputting an optical signal modulated by the input signal. The device includes a heterojunction bipolar transistor device that includes a collector, base, and emitter region, the input port includes an electrode coupled to the base region, and the electrical output port includes a collector region and an emitter region. And the optical output port includes optical coupling with the base region.

本発明の更なる実施形態によると、半導体レーザは、直接バンドギャップ材料のコレクタ、ベース、及びエミッタを含むヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ構造、トランジスタ構造の少なくとも一部を取り囲む光共振空洞、及びトランジスタ構造からレーザ放射を引き起こすために電気信号とコレクタ、ベース、及びエミッタ領域を結合する手段を含むと説明される。   According to a further embodiment of the present invention, a semiconductor laser includes a heterojunction bipolar transistor structure including a collector, base and emitter of direct bandgap material, an optical resonant cavity surrounding at least a portion of the transistor structure, and a laser from the transistor structure. It is described as including means for combining the electrical signal with the collector, base, and emitter regions to cause radiation.

本発明の別の実施形態によると、方法は、バイポーラトランジスタの速度を増大させるために、以下の工程、つまりエミッタ、ベース、及びコレクタ領域を有するバイポーラトランジスタを提供し、電気信号とエミッタ、ベース、及びコレクタ領域を結合する電極を提供し、及び自然放射の不利益に対して誘導放射を強化するためにベース領域を適合させ、それによりベース領域のキャリア再結合寿命を削減する工程を含むことであると説明される。本実施形態の形状では、自然放射の不利益に対する誘導放射を強化するためにベース領域を適合させる工程は、ベース領域において、量子サイズ効果を示す少なくとも1つの層、つまり好ましくはドープされていない又は軽くドープされた、好ましくは量子井戸及び/又は量子ドットの層を提供することを含む。   According to another embodiment of the present invention, the method provides the following steps to increase the speed of the bipolar transistor: a bipolar transistor having an emitter, base, and collector region; And providing an electrode for coupling the collector region, and adapting the base region to enhance stimulated emission against the disadvantages of natural radiation, thereby reducing the carrier recombination lifetime of the base region It is explained that there is. In the form of this embodiment, the step of adapting the base region in order to enhance the stimulated emission against the disadvantages of natural radiation comprises at least one layer exhibiting a quantum size effect in the base region, preferably undoped or Providing a lightly doped, preferably quantum well and / or quantum dot layer.

本発明の1つの側面によると、異なる厚さを有する複数の間隔をあけた量子サイズ領域(例えば量子井戸及び/又は量子ドット)がバイポーラトランジスタのベース領域に提供され及びベース領域を一定方向に通ってキャリア輸送を有利に進めるために使用される。例として、ベース領域には厚さの異なるいくつかの間隔をあけた量子サイズ領域が提供され、その量子サイズ領域の厚さはコレクタ付近の最も厚いものからエミッタ付近の最も薄いものまで格付けされる。注入電子は小さい井戸に捕捉され、次に大きい井戸にトンネルを掘り、そしてその後次に大きいトンネルを掘るなどを、コレクタに最も近い最大井戸で、最大井戸の最も下方状態へトンネルを掘る及び緩和するまで行い、そして再結合する。井戸の配置により、エミッタからコレクタへの一定方向のキャリア輸送が促進される。最大再結合及び最大光度はコレクタにできるだけ近い最大井戸から生じ、それは例えば光空洞などの理由で有利な位置にある。キャリアは、エネルギーの「下方」へ、つまりより厚い井戸に向かって拡散する。井戸のサイズが非対称であることにより、キャリア輸送の方向性と速度が改良される。光放射HBTのような実施形態では、光放射及び素子速度が両方とも向上する。   According to one aspect of the present invention, a plurality of spaced quantum size regions (eg, quantum wells and / or quantum dots) having different thicknesses are provided in the base region of the bipolar transistor and pass through the base region in a certain direction. It is used to advantageously advance carrier transportation. As an example, the base region is provided with several spaced quantum size regions of different thicknesses, the thickness of which is rated from the thickest near the collector to the thinnest near the emitter . The injected electrons are trapped in the small well, tunneled in the next large well, and then the next large tunnel, etc., and tunneled and relaxed to the lowermost state of the largest well, with the largest well closest to the collector And recombine. The well arrangement facilitates carrier transport in a certain direction from the emitter to the collector. Maximum recombination and maximum luminous intensity arise from the largest well as close as possible to the collector, which is in an advantageous position for reasons such as optical cavities. Carriers diffuse “down” in energy, ie towards thicker wells. The asymmetric well size improves the direction and speed of carrier transport. In embodiments such as light emitting HBT, both light emission and device speed are improved.

本発明の更なる特徴及び利点は、添付の図面と連動して取り上げられると以下の詳細な記述から更に容易に明らかとなる。   Additional features and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description when taken in conjunction with the accompanying drawings.

図1は、本発明の実施形態による素子を示し、及びそれは本発明の方法の実施形態を実行する際に使用できる。基板105が提供され、及び以下の層、つまりサブコレクタ110、コレクタ130、ベース140、エミッタ150、及びキャップ層160がその上に配置される。また、コレクタメタライゼーション(すなわち電極)115、ベースメタライゼーション145、及びエミッタメタライゼーション165も示されている。コレクタリード117、ベースリード147、及びエミッタリード167も示されている。本実施形態の形では、層はMOCVDにより成長し、及びコレクタ層130は3000オングストローム厚のn型GaAs、n=2×1016cm−3を含み、ベース層140は600オングストローム厚のpのカーボンでドープされ混合がグレードされたInGaAs(1.4%In)、p=4.5×1019cm−3を含み、エミッタ層150は800オングストローム厚のn型InGaP、n=5×1017cm−3を含み、及びキャップ層は1000オングストローム厚のnInGaAs、n=3×1019cm−3を含む。 FIG. 1 shows a device according to an embodiment of the invention, which can be used in carrying out an embodiment of the method of the invention. A substrate 105 is provided and the following layers are disposed thereon: subcollector 110, collector 130, base 140, emitter 150, and cap layer 160. Also shown is collector metallization (ie, electrode) 115, base metallization 145, and emitter metallization 165. A collector lead 117, a base lead 147, and an emitter lead 167 are also shown. In the form of this embodiment, the layer is grown by MOCVD, and the collector layer 130 comprises 3000 Å thick n-type GaAs, n = 2 × 10 16 cm −3 , and the base layer 140 is 600 Å thick p + . Carbon doped and mixed grade InGaAs (1.4% In), p = 4.5 × 10 19 cm −3 , emitter layer 150 is 800 Å thick n-type InGaP, n = 5 × 10 17 It includes cm -3, and the cap layer comprises a 1000 angstrom thick n + InGaAs, n = 3 × 10 19 cm -3.

本実施形態は、eビームで画定されたTi/Pt/Auエミッタコンタクト(165)、自己整列したエミッタエッチング処理、自己整列したTi/Pt/Auベース金属堆積、ベース−コレクタエッチング処理、及びコレクタ金属堆積を含む製造工程手順を採用する。ビスベンゾシクロブテン(BCB)基盤のエッチバック工程は、「バックエンド」製造のために(つまり、電極及びトランジスタの先端部の接触形成をするために)取り入れられる。   The present embodiment includes an e-beam defined Ti / Pt / Au emitter contact (165), self-aligned emitter etch process, self-aligned Ti / Pt / Au base metal deposition, base-collector etch process, and collector metal. Adopt manufacturing process procedures including deposition. A bisbenzocyclobutene (BCB) based etch back process is incorporated for “back end” manufacturing (ie, to make contact between the electrode and the tip of the transistor).

従来のPN接合ダイオード動作に対して、再結合工程はn側から注入される電子とp側から注入される正孔の両方に基づき、それらは二分子再結合工程において、速度が制限されうる。HBT光放射の場合、ベースの「正孔」濃度が非常に高いので、電子がベースに注入されるとき、電子は素早く(二分子)再結合する。ベース電流は、単に電荷不均衡を中和するために緩和を介して正孔を再供給する。ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ(HBT)に対して、ベース電流は7つの構成要素に分類できる。つまり、(1)エミッタ領域への正孔注入(iBp)、(2)露出した外部ベース領域の表面再結合電流(iBsurf)、(3)ベースオームコンタクト再結合電流(iBcont)、(4)空間電荷再結合電流(iBscr)、(5)ホール・ショックリー・リード工程(HSR)によるバルクベース非放射性再結合電流(iBHSR)、(6)バルクベース・オージェ(Auger)再結合電流(iBAug)、及び(7)バルクベース放射性再結合電流(iBrad)である。 For conventional PN junction diode operation, the recombination process is based on both electrons injected from the n side and holes injected from the p side, which can be speed limited in the bimolecular recombination process. In the case of HBT light emission, the “hole” concentration of the base is so high that when electrons are injected into the base, they recombine quickly (bimolecular). The base current simply resupplyes the holes via relaxation to neutralize the charge imbalance. For a heterojunction bipolar transistor (HBT), the base current can be divided into seven components. That is, (1) hole injection into the emitter region (i Bp ), (2) exposed surface recombination current of the external base region (i Bsurf ), (3) base ohmic contact recombination current (i Bcont ), ( 4) Space charge recombination current (i Bscr ), (5) Bulk base non-radiative recombination current (i BHSR ) by Hall Shockley Read process (HSR), (6) Bulk base Auger recombination Current (i BAug ), and (7) bulk-based radiative recombination current (i Brad ).

露出したベース領域上に棚状の突起の不動態化を伴う比較的効率的なHBTに対して、表面再結合電流は著しく削減される。従って、ベース電流と再結合寿命は、主としてバルクHSR再結合、オージェ工程、及び放射性再結合として見積もられる。以下の方程式(1)で表されるベース電流は、
=iBHSR+iBAUG+iBrad=qAΔn/τ (1)
として、中立ベース領域における過剰少数キャリアΔn、エミッタ領域A、電荷q及びベース再結合寿命τと関連している。全体的なベース再結合寿命τは、
τ=(1/τHSR+1/τAUG+1/τrad−1 (2)
として、ホール・ショックリー・リードτHSR、オージェτAUG、及び放射性再結合τradの個々の再結合構成要素と関連している。
For relatively efficient HBTs with passivation of ledges on the exposed base region, the surface recombination current is significantly reduced. Thus, base current and recombination lifetime are estimated primarily as bulk HSR recombination, Auger process, and radiative recombination. The base current represented by the following equation (1) is
i B = i BHSR + i BAUG + i Brad = qA E Δn / τ n (1)
As follows: excess minority carriers Δn in the neutral base region, emitter region A E , charge q and base recombination lifetime τ n . The overall base recombination lifetime τ n is
τ n = (1 / τ HSR + 1 / τ AUG + 1 / τ rad ) −1 (2)
As related to the individual recombination components of Hall Shockley Reed τ HSR , Auger τ AUG , and radiative recombination τ rad .

ベース内の光放射強度ΔIはiBradに比例し、及び下記の方程式(3)に示される中立ベース領域における固有のキャリア濃度を越えた多数正孔を伴う少数キャリア電子(np−n )及び放射性再結合処理率Bに関連し、その際正孔濃度はベースドーパント濃度Nに等しいと概算される。方程式(3)で表される放射性ベース電流は、
Brad=qAB(np−n )=qABnp=qAΔn(BN)=qAΔn/τrad (3)
として、中立ベース領域内の過剰少数キャリアΔn、及びベース再結合寿命τradと関連している。
The light emission intensity ΔI in the base is proportional to i Brad , and minority carrier electrons (np−n i 2 ) with majority holes exceeding the intrinsic carrier concentration in the neutral base region shown in equation (3) below. and associated with radiative recombination process rate B, this time the hole concentration is estimated to be equal to the base dopant concentration N B. The radioactive base current expressed by equation (3) is
i Brad = qA E B (np-n i 2 ) = qA E Bnp = qA E Δn (BN B ) = qA E Δn / τ rad (3)
As a function of excess minority carriers Δn in the neutral base region and the base recombination lifetime τ rad .

高速HBTに対して、ベース再結合寿命が全体の応答遅延時間の半分未満であることを予測することは容易である。従って、ベースにおける光学的再結合工程は、HBTの速度の少なくとも2倍の速さであるべきである。言い換えると、HBT速度は極めて速く、そして制限されている。   For fast HBT, it is easy to predict that the base recombination lifetime will be less than half of the overall response delay time. Therefore, the optical recombination process at the base should be at least twice as fast as the HBT. In other words, the HBT speed is extremely fast and limited.

図2は、素子レイアウトの上面図を示し、及び図3は、トランジスタの通常動作下で、ベース層からの光放射(白点)を伴う1×16μmで製造されたHBTテスト素子のシリコンCCD顕微鏡からの図を示している。 FIG. 2 shows a top view of the device layout and FIG. 3 shows a silicon CCD of an HBT test device manufactured at 1 × 16 μm 2 with light emission (white dots) from the base layer under normal operation of the transistor. Figure from a microscope is shown.

通常のトランジスタ動作において、トランジスタの3つの端子のうちの1つが入力回路及び出力回路の両方に共通である。これにより、共通エミッタ(CE)、共通ベース(CB)、及び共通コレクタ(CC)として知られるおなじみの構造がもたらされる。共通端子(しばしば接地基準)は、残りの2つの端子の1つ又は別の1つと組むことができる。それぞれの対はポートと呼ばれ、及び任意の構造に対する2つの対は、2ポートネットワークと呼ばれる。2つのポートは通常入力ポート及び出力ポートとして識別される。図4に示されるこれに関する特徴によると、3番目のポート、つまり光出力ポートが提供され、及びそれは本発明の実施形態によるHBT光エミッタのベース層からの(再結合−放射線)放射に基づく。例えば共通エミッタ構造(図4を参照のこと)で動作する図1のHBTに対して、電気信号が入力ポート(ポート1)に印加されるとき、ポート2で信号増幅を伴う電気出力が、及びポート3で光放射の信号変調を伴う光出力が同時に生じる。   In normal transistor operation, one of the three terminals of the transistor is common to both the input circuit and the output circuit. This results in the familiar structures known as common emitter (CE), common base (CB), and common collector (CC). A common terminal (often a ground reference) can be combined with one of the remaining two terminals or another. Each pair is called a port, and the two pairs for any structure are called a two-port network. The two ports are usually identified as input ports and output ports. According to this feature shown in FIG. 4, a third port, the light output port, is provided, which is based on (recombination-radiation) radiation from the base layer of the HBT light emitter according to an embodiment of the invention. For example, for the HBT of FIG. 1 operating with a common emitter structure (see FIG. 4), when an electrical signal is applied to the input port (port 1), the electrical output with signal amplification at port 2 and A light output with signal modulation of the light emission occurs simultaneously at port 3.

図1、図2の素子のテスト版の共通エミッタ出力特性が図5に示されている。DCベータゲインは、i=1mAでβ=17である。i=0mA(i=0mA)に対して、シリコンCCD検知器を使用して光放射は観察されない。i=1mA(i=17.3mA)に対して、弱い光放射がベース層から観察される。i=2mA(i=33mA)に対して、より強い光放射が観察され、及びi=4mA(i=57mA)に対してはさらに強い光放射が観察される。トランジスタ動作におけるHBTのベースの放射性再結合による自然発生的光放射ははっきりそれと分かる。 The common emitter output characteristics of the test version of the device of FIGS. 1 and 2 are shown in FIG. The DC beta gain is β = 17 with i b = 1 mA. For i b = 0 mA (i c = 0 mA), no light emission is observed using a silicon CCD detector. For i b = 1 mA (i c = 17.3 mA), weak light emission is observed from the base layer. Stronger light emission is observed for i b = 2 mA (i c = 33 mA) and stronger light emission is observed for i b = 4 mA (i c = 57 mA). The spontaneous light emission due to the radiative recombination of the HBT base in transistor operation is clearly evident.

出力光変調テストが本実施形態に対して行われた。パターン発生器(テクトロニクス社の関数発生器)は、1Vのpeak-to-peak振幅を伴うAC信号を生成する。バイアスティは、このAC信号とDC供給からの1.1VのDCバイアス電圧を結合する。InGaP/GaAs HBTターンオン電圧は、VBE=1.5Vである。HBTトランジスタの放射領域(ベース領域の空地)は、1μm×2μm未満である。小さい開口部からの光(大抵のHBTの光はこのテストでは分かりにくい)は、25μmのコア径を持つマルチモード繊維探触子に結合される。光は20dBの線形増幅器を伴うSi APD検知器に送り込まれる。サンプリング・オシロスコープは入力変調信号と出力光信号の両方を表示する。光放射波長は、混合がグレードされたInGaAsベース(1.4%In)のためにおよそ885nmである。図6は、HBTが1MHz(図6A)で変調されるとき及びさらに100KHz(図6B)で変調されるときの入力(下方トレース)基準及び出力(上方トレース)光波形を示している。出力信号は、1MHzのときに375μVのpeak-to-peak振幅を有し、及び100KHzのときに400μVのpeak-to-peak振幅を有する。これらのデータは、出力光信号が入力信号にトラックすることを示し、HBTがトランジスタ速度で動作する光放射トランジスタ(LET)であることをはっきりと示している。 An output light modulation test was performed on this embodiment. A pattern generator (Tektronix function generator) generates an AC signal with a peak-to-peak amplitude of 1V. The bias tee combines this AC signal with a 1.1V DC bias voltage from the DC supply. The InGaP / GaAs HBT turn-on voltage is V BE = 1.5V. The radiation area of the HBT transistor (base area) is less than 1 μm × 2 μm. Light from a small aperture (most HBT light is confusing in this test) is coupled to a multimode fiber probe with a core diameter of 25 μm. The light is fed into a Si APD detector with a 20 dB linear amplifier. The sampling oscilloscope displays both the input modulation signal and the output optical signal. The light emission wavelength is approximately 885 nm for a mixed grade InGaAs base (1.4% In). FIG. 6 shows the input (lower trace) reference and output (upper trace) optical waveforms when the HBT is modulated at 1 MHz (FIG. 6A) and further at 100 KHz (FIG. 6B). The output signal has a peak-to-peak amplitude of 375 μV at 1 MHz and a peak-to-peak amplitude of 400 μV at 100 KHz. These data indicate that the output optical signal tracks the input signal, clearly indicating that the HBT is a light emitting transistor (LET) operating at transistor speed.

ベース電流の関数として光放射強度ΔIoutに正比例する出力peak-to-peak振幅Vppが、図7に示されている。非線形動作はベータ圧縮によるものであるが、それは加熱及び素子形状が光放射(及び横方向のバイアス効果)に対して依然最適化されていないという事実のためである。それにもかかわらず、これらの測定、つまりΔIout(光強度)対Δi(i=0mAから5mA)により、3端子の制御可能な光源としてのHBTが実証される。 Output peak-to-peak amplitude Vpp which is directly proportional to the light emission intensity [Delta] I out as a function of base current, is shown in FIG. Non-linear operation is due to beta compression due to the fact that heating and device geometry are still not optimized for light emission (and lateral bias effects). Nevertheless, these measurements, ΔI out (light intensity) vs. Δi b (i b = 0 mA to 5 mA), demonstrate HBT as a three-terminal controllable light source.

当然のことながら、別の構造及び材料システムが、例として、GaAs及びGaN基盤のHBTs、又は別の直接バンドギャップ材料システムを含み、使用できる。   Of course, other structures and material systems can be used, including, for example, GaAs and GaN based HBTs, or other direct bandgap material systems.

GaAsSbは、(図8の下方に示されるように)ベース−コレクタ(又はエミッタ)接合点でのさらに有利なタイプIIバンドギャップ構成(正孔は密封され、電子は密封されていない)のために、InP HBTsのベースに対するInGaAsの代替案として提案される。(図8の下方に示されるように)タイプIIのInP基盤のHBTsは大きい価電子帯の不連続を有するので、エミッタで優れた正孔遮断が存在する(R.Bhat、W.−P.Hong、C.Caneau、M.A.Koza、C.−K.Nguyen、及びS.GoswamiによるAppl.Phys.Lett.の68,695(1995)、T.McDermott、E.R.Gertner、S.Pittman、C.W.Seabury、及びM.F.ChangによるAppl.Phys.Lett.の58,1386(1996)を参照のこと)。全InPコレクタのために、タイプIIのInP/GaAsSb DHBTs(ダブルHBTs)はタイプIのInP/InGaAs DHBTsよりよい熱特性とそれより高い破壊電圧を有することが期待される。InP/GaAsSb DHBTsは、300GHzを越える遮断周波数に到達することが報告されている(Dvorak、C.R.Bolognesi、O.J.Pitts、及びS.P.WatkinsによるIEEEのElec.Dev.Lett.22,361(2001)を参照のこと)。図8はタイプIIのInP/GaAsSb/InPダブルへテロジャンクションバイポーラトランジスタ(DHBT)の帯域ダイアグラムを示しており、その物理的構造と動作は、上述の図1から図4のそれと似ている。この例では、光放射トランジスタが、通常のトランジスタ動作(コレクタが逆バイアス)で再結合−放射線信号を生成する30nmのp型GaAsSbベースを有する。   GaAsSb is for a more advantageous type II bandgap configuration (holes are sealed and electrons are not sealed) at the base-collector (or emitter) junction (as shown at the bottom of FIG. 8). Proposed as an InGaAs alternative to the base of InP HBTs. Type II InP-based HBTs (as shown at the bottom of FIG. 8) have large valence band discontinuities, so there is excellent hole blocking at the emitter (R. Bhat, W.-P. Hong, C. Canau, MA Koza, C.-K. Nguyen, and Appl.Phys.Lett., 68,695 (1995), T. McDermott, ER Gertner, S. Gosami. (See Appl. Phys. Lett. 58, 1386 (1996) by Pittman, C. W. Seabury, and M. F. Chang). For all InP collectors, Type II InP / GaAsSb DHBTs (double HBTs) are expected to have better thermal properties and higher breakdown voltages than Type I InP / InGaAs DHBTs. InP / GaAsSb DHBTs have been reported to reach a cut-off frequency in excess of 300 GHz (Dvorak, CR Bolognesi, OJ Pitts, and IEEE Watsons Elect. Dev. Lett. 22, 361 (2001)). FIG. 8 shows a band diagram of a Type II InP / GaAsSb / InP double heterojunction bipolar transistor (DHBT), whose physical structure and operation is similar to that of FIGS. 1 to 4 described above. In this example, the light emitting transistor has a 30 nm p-type GaAsSb base that generates a recombination-radiation signal in normal transistor operation (with the collector reverse biased).

タイプIIのInP/GaAsSb DHBTは120×120μmのエミッタ領域と電流ゲインβ=38で製造される。通常のトランジスタバイアス下では、光放射が、4e19cm−3でカーボンドープされた30nmのGaAs0.51Sb0.49のベース領域からλpeak=1600nmで中心となる波長で得られる。この例では、(ゲルマニウムPIN検知器の帯域により制限される)10kHzでの信号変調を伴う増幅した電気出力及び光出力を同時に用いたタイプIIのHBLET3ポート動作が示される。 Type II InP / GaAsSb DHBT is fabricated with an emitter area of 120 × 120 μm 2 and a current gain β = 38. Under normal transistor bias, light emission is obtained at a wavelength centered at λ peak = 1600 nm from a base region of 30 nm GaAs 0.51 Sb 0.49 carbon doped with 4e19 cm −3 . In this example, a Type II HBLET 3-port operation using amplified electrical and optical outputs simultaneously with signal modulation at 10 kHz (limited by the bandwidth of the germanium PIN detector) is shown.

本例の層構造は、半絶縁性の鉄ドープされたInP基板上でMOCVDにより成長する。HBLETは、3×e16cm−3でSiドープされた150nmのInPコレクタ、4e19cm−3でCドープされた30nmのGaAs0.51Sb0.49ベース、5×1017cm−3でSiドープされた20nmのInP、及び40nmのIn0.53Ga0.47Asエミッタコンタクトキャップ、n=2×1019cm−3を含む。DHBT素子は標準メサ工程を使用して製造される。図8に示されるように、タイプIIの光放射InP(n)/GaAsSb(p)/InP(n)ダブルへテロジャンクションバイポーラトランジスタ(DHBT)のエネルギー帯域ダイアグラムは、モデル・ソリッド理論(V.de WalleによるPhysical Review B 39,1871(1989))を使用して計算された。GaAs0.51Sb0.49ベース層に対するエネルギーギャップは、InPコレクタ(又はエミッタ)とGaAsSbベース間の伝導帯不連続ΔE=0.15eV及び価電子帯不連続ΔE=0.57eVを伴う0.72eVである。図8のエネルギー帯域ダイアグラムは、DHBTが、Veb=0.7Vで順方向バイアスをかけられるエミッタ−ベース接合点及びVec=1.2Vで逆バイアスをかけられるエミッタ−コレクタ接合点を伴い、通常のトランジスタモード動作において共通エミッタ(C−E)構造であることを示している。 The layer structure of this example is grown by MOCVD on a semi-insulating, iron-doped InP substrate. HBLET was Si-doped with 3 × e16 cm −3 Si-doped 150 nm InP collector, 4e19 cm −3 C-doped 30 nm GaAs 0.51 Sb 0.49 base, 5 × 10 17 cm −3 Includes 20 nm InP and 40 nm In 0.53 Ga 0.47 As emitter contact cap, n = 2 × 10 19 cm −3 . DHBT devices are manufactured using standard mesa processes. As shown in FIG. 8, the energy band diagram of a type II light emitting InP (n) / GaAsSb (p + ) / InP (n) double heterojunction bipolar transistor (DHBT) is model solid theory (V. calculated using the Physical Review B 39,1871 (1989) by de Walle. The energy gap for the GaAs 0.51 Sb 0.49 base layer involves a conduction band discontinuity ΔE v = 0.15 eV and a valence band discontinuity ΔE v = 0.57 eV between the InP collector (or emitter) and the GaAsSb base. 0.72 eV. The energy band diagram of FIG. 8 includes an emitter-base junction where the DHBT is forward biased at V eb = 0.7V and an emitter-collector junction that is reverse biased at V ec = 1.2V. It shows a common emitter (CE) structure in normal transistor mode operation.

120×120μmのエミッタ領域を伴う記載されたタイプIIトランジスタの共通エミッタ出力特性、つまりコレクタ電流対コレクタ−エミッタ電圧(I−V)曲線が図9に示されている。dcベータゲイン(β=Δi/Δi)は、i=1mAでβ=5であり、i=3mAでβ=16、i=5mAでβ=38と増大する。トランジスタの測定されたガンメル(Gummel)プロットから、低いベース電流に対する理想的係数はおよそ1.9であり、それはベース−エミッタ空間電荷領域(SCR)内の相当数のトラップを表す。高いベース電流に対する理想的係数は1.3であり、一旦SCRトラップがいっぱいになるとすぐに、更なる表面再結合を示す。小さい30×30μmのエミッタDHBTに対して、dcベータゲイン(β=Δi/Δi)は、i=1mAのときβ=25(大きい)である、というのは、SCRトラップの数がDHBTのエミッタ領域に比例するからである。120×120μmのHBTに対しては、電流ゲイン遮断周波数fが800MHzで測定される。電力ゲイン遮断周波数fmaxは300MHzである。0.8×8μmのより小さいエミッタを伴う同一の層構造に対して、HBT遮断周波数はf=181GHz及びfmax=152GHzである。 The common emitter output characteristics of the described type II transistor with a 120 × 120 μm 2 emitter region, ie the collector current versus collector-emitter voltage (IV) curve, is shown in FIG. dc beta gain (β = Δi c / Δi b ) is beta = 5 with i b = 1 mA, increases as i b = 3mA at β = 16, i b = 5mA at beta = 38. From the measured Gummel plot of the transistor, the ideal coefficient for low base current is approximately 1.9, which represents a significant number of traps in the base-emitter space charge region (SCR). The ideal factor for high base current is 1.3, indicating further surface recombination as soon as the SCR trap is full. For a small 30 × 30 μm 2 emitter DHBT, the dc beta gain (β = Δi c / Δi b ) is β = 25 (large) when i b = 1 mA because the number of SCR traps is This is because it is proportional to the emitter region of DHBT. For the 120 × 120μm 2 HBT, current gain cutoff frequency f t is measured at 800 MHz. The power gain cutoff frequency f max is 300 MHz. For the same layer structure with smaller emitters of 0.8 × 8 μm 2 , the HBT cutoff frequency is f t = 181 GHz and f max = 152 GHz.

ベース電流は、表面再結合のために、120×120μmといった大きいエミッタ領域のタイプIIのDHBTに対しては比較的小さい。そのため、ベース電流は主に、エミッタ−ベース空間電荷領域における非放射性ホール・ショックリー・リード(HSR)再結合及びベース中立領域における放射性再結合として見積もられる。HBTのベース領域における放射工程に対して、光放射強度ΔIは、放射性再結合iBradを供給するベース電流の構成要素に比例し、それは中立ベース領域における過剰(注入された)少数キャリアΔn、電荷q、エミッタ領域Aに比例し、及び放射性再結合寿命τradに反比例する。共通エミッタ(C−E)タイプIIのDHBT光放射に対して、ベース正孔濃度が非常に高いのでベースに注入される電子がすばやく(二分子的に)再結合する。ベース電流は、電荷不均衡を中和するために緩和を介して正孔を再供給するだけにすぎない。 The base current is relatively small for Type II DHBTs with large emitter areas such as 120 × 120 μm 2 due to surface recombination. As such, base current is primarily estimated as non-radiative Hall Shockley Reed (HSR) recombination in the emitter-base space charge region and radiative recombination in the base neutral region. For the emission process in the base region of the HBT, the light emission intensity ΔI is proportional to the component of the base current that supplies the radiative recombination i Brad , which is the excess (injected) minority carrier Δn, charge in the neutral base region q is proportional to the emitter region A E and inversely proportional to the radiative recombination lifetime τ rad . For common emitter (CE) type II DHBT light emission, the base hole concentration is so high that electrons injected into the base recombine quickly (bimolecularly). The base current only resupply holes through relaxation to neutralize charge imbalance.

HBLET光放射を検知するために、5×10V/Wの非常に高い応答力を持つ超高感度ゲルマニウムPIN検知器(Edinburgh Instruments社のモデルE1−L)が使用された。図10は、ベース電流の関数としての光放射強度(再結合放射)のほぼ直線の関係を示している。HBTとして動作する素子の光放射波長は、λpeak=1600nm付近に中心があり、GaAsSb1−xの帯間再結合遷移と一致する。格子整合された(GaAs0.51Sb0.49)のギャップ(E=0.72eV、λpeak=1722nm)から短い波長方向へのピーク光放射の移動は、InP格子定数に整合しない合金によるものとされる。広がった光放射は、主にGaAsSbベース層の合金散乱のため1450nmから1750nm伸びる。 An ultrasensitive germanium PIN detector (Model E1-L from Edinburg Instruments) with a very high response power of 5 × 10 9 V / W was used to detect HBLET light radiation. FIG. 10 shows a substantially linear relationship of light emission intensity (recombination emission) as a function of base current. The light emission wavelength of the element operating as an HBT is centered around λ peak = 1600 nm and coincides with the interband recombination transition of GaAs x Sb 1-x . The shift of peak light emission from the lattice-matched (GaAs 0.51 Sb 0.49 ) gap (E g = 0.72 eV, λ peak = 1722 nm) in the short wavelength direction is due to an alloy that does not match the InP lattice constant. It is supposed to be. The spread light radiation extends from 1450 nm to 1750 nm mainly due to alloy scattering of the GaAsSb base layer.

10kHzでAC入力信号を生成するパターン発生器は、光出力変調のテストのために使用された。120×120μmのDHBT再結合放射は、JFET前置増幅器と一体化したゲルマニウムPIN検知器に送り込まれた。その結合は、5×10V/Wの非常に高い応答力を有するが、もちろん測定を制限する(10kHz)1msから2msの遅い応答である。図11は、4つのチャネル・サンプリング・オシロスコープからのトレースを示し、及び3つのポートの動作を図示している。一番上のトレース(a)は、10kHzで変調された入力信号(ポート1)及び2番目のトレース(b)はI=2mA及びVCE=2Vでバイアスされた(共通エミッタ)DHBTを伴う出力電圧(ポート2)である。3番目のトレース(c)は、10kHzで変調された光出力信号(ポート3)を示している。これらのデータは、GaAsSb合金ベース領域を伴い、共通エミッタ構造でバイアスされるタイプIIのDHBTの3つのポートの動作を示している。 A pattern generator that generates an AC input signal at 10 kHz was used for testing light output modulation. 120 × 120 μm 2 DHBT recombination radiation was fed into a germanium PIN detector integrated with a JFET preamplifier. The coupling has a very high response power of 5 × 10 9 V / W, but of course a slow response of 1 ms to 2 ms which limits the measurement (10 kHz). FIG. 11 shows traces from a four channel sampling oscilloscope and illustrates the operation of three ports. The top trace (a) is with the input signal modulated at 10 kHz (port 1) and the second trace (b) is biased with I B = 2 mA and V CE = 2V (common emitter) DHBT Output voltage (port 2). The third trace (c) shows the optical output signal (port 3) modulated at 10 kHz. These data show the operation of the three ports of a Type II DHBT biased with a common emitter structure with a GaAsSb alloy base region.

図12は、光の収集と方向性を高める反射カップ820と連動する3端子の光放射HBT810の使用を示している。   FIG. 12 illustrates the use of a three-terminal light emitting HBT 810 in conjunction with a reflective cup 820 that enhances light collection and directionality.

図13は、横方向のゲインが案内するレーザとして動作する、920で表される横方向の空洞内の3端子光放射HBT910を示している。横方向の空洞は、例えば光放射領域上又はその近くの開裂された縁により画定される。   FIG. 13 shows a three-terminal light emitting HBT 910 in a lateral cavity, represented by 920, that operates as a lateral gain guided laser. The lateral cavity is defined, for example, by a cleaved edge on or near the light emitting region.

本発明の1つの側面は、トランジスタの速度を高めるために、バイポーラトランジスタ(例えば、バイポーラジャンクショントランジスタ(BJT)又はヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ(HBT))のベース層に利益をもたらす誘導放射を採用することを含む。自然放射再結合寿命は、バイポーラトランジスタ速度の本質的限界である。本発明の形状では、バイポーラトランジスタのベース層は、自然放射の損失に対して誘導放射(又は誘導再結合)を強化するために適合され、それにより再結合寿命が削減され及びトランジスタ速度が増大する。本発明の本側面の形では、量子サイズ効果を示す少なくとも1つの層、つまり好ましくはドープされない又は軽くドープされた、好ましくは量子井戸又は量子ドットの層が、バイポーラトランジスタのベース層に提供される。好ましくは、量子サイズ効果を示す少なくとも1つの層を含むベース層の少なくとも一部が大いにドープされ、及び前記少なくとも1つの層よりも広いバンドギャップ材料製である。少なくとも1つの量子井戸、又は量子ドットの層は、大いにドープされた材料の高いギャップ内で、誘導再結合を強化し及び放射性再結合寿命を削減する。二次元電子ガス(「2−DEG」)は量子井戸又は量子ドット層のキャリア濃度を高め、それによりベース領域の移動性が改良される。ベース抵抗の改良により、ベース厚の削減が可能となり、付随してベース輸送時間が削減される。速度におけるこれらの利点は、光放射が利用される高速のバイポーラトランジスタで適用可能である、及び/又は光放射が利用されない高速のバイポーラトランジスタで適用可能である。例えば間接バンドギャップ材料のヘテロジャンクションバイポーラトランジスタといった光放射バイポーラトランジスタ素子において、量子サイズ効果を示す1つ又はそれ以上の層の使用は、光放射を強化する及び素子の放射波長特性をカスタマイズするのにも有益である。いくつかの実施形態では、ドープされた又は大いにドープされた量子サイズ領域もまた利用される。   One aspect of the invention is to employ stimulated radiation that benefits the base layer of a bipolar transistor (eg, bipolar junction transistor (BJT) or heterojunction bipolar transistor (HBT)) to increase transistor speed. Including. Natural radiative recombination lifetime is an intrinsic limit of bipolar transistor speed. In the form of the present invention, the base layer of the bipolar transistor is adapted to enhance stimulated radiation (or stimulated recombination) against the loss of spontaneous radiation, thereby reducing recombination lifetime and increasing transistor speed. . In the form of this aspect of the invention, at least one layer exhibiting a quantum size effect is provided in the base layer of the bipolar transistor, ie preferably a layer of quantum wells or quantum dots, preferably undoped or lightly doped. . Preferably, at least a portion of the base layer including at least one layer exhibiting a quantum size effect is highly doped and made of a wider band gap material than the at least one layer. At least one quantum well, or layer of quantum dots, enhances inductive recombination and reduces radiative recombination lifetime within a high gap of highly doped material. Two-dimensional electron gas (“2-DEG”) increases the carrier concentration of the quantum well or quantum dot layer, thereby improving the mobility of the base region. Improved base resistance allows for a reduction in base thickness and concomitant reduction in base transport time. These advantages in speed can be applied with high speed bipolar transistors where light radiation is utilized and / or with high speed bipolar transistors where light radiation is not utilized. In light emitting bipolar transistor devices such as heterojunction bipolar transistors of indirect band gap materials, the use of one or more layers exhibiting quantum size effects can enhance light emission and customize the emission wavelength characteristics of the device. Is also beneficial. In some embodiments, doped or highly doped quantum size regions are also utilized.

図14Aは、図1の素子(又は他の実施形態)のベース領域140の1つ又はそれ以上の量子井戸141、142の使用を示し、これらの量子井戸は、改良された素子速度、変調特性に対する再結合工程を強化するために、及び/又は素子のスペクトル特性を調整するために動作する。本発明のこの形式の1つの好ましい実施形態では、量子井戸(及び/又はドット−下方参照のこと)は周囲のベース層(140)材料より低いバンドギャップ製であり及びドープされていない又は軽くドープされている(例えばおよそ1016cm−3以下)。周囲のベース層(140)材料は、大いにドープされる(例えば、p型に対して少なくともおよそ1018cm−3又はn型に対して少なくともおよそ1017cm−3で均一ドープされる又はデルタドープされる)。1つの好ましい実施形態では、量子井戸(又はドット)層は、およそ100オングストローム以下の厚さを有する。 FIG. 14A illustrates the use of one or more quantum wells 141, 142 in the base region 140 of the device of FIG. 1 (or other embodiments), which have improved device speed, modulation characteristics. To reinforce the recombination process and / or to adjust the spectral characteristics of the device. In one preferred embodiment of this type of the invention, the quantum well (and / or dot-see below) is made of a lower bandgap than the surrounding base layer (140) material and is undoped or lightly doped. (For example, approximately 10 16 cm −3 or less). The surrounding base layer (140) material is highly doped (eg, uniformly doped or delta doped with at least about 10 18 cm −3 for p-type or at least about 10 17 cm −3 for n-type). ) In one preferred embodiment, the quantum well (or dot) layer has a thickness of approximately 100 angstroms or less.

ここの他の場所に示されるように、反射器を伴う空洞が、光放射HBTの制御されたレーザ動作を得るために横方向(例えば図13)又は縦方向(例えば図27及び図28)に利用できる。上述のように、誘導放射を強化することにより、再結合寿命が削減され、動作速度が増大する。必要に応じて、反射器(例えば図13の反射器920、又は図27及び図28の反射層)は、(図13の右側の反射器920の場合のように、部分的に反射する代わりに)完全に反射でき、反射器を通じて出力放射を取り除き及び誘導放射を強化するために利用できる反射放射を最大限にする。   As shown elsewhere herein, a cavity with a reflector can be laterally (eg, FIG. 13) or longitudinally (eg, FIGS. 27 and 28) to obtain controlled laser operation of the light emitting HBT. Available. As mentioned above, enhancing the stimulated emission reduces the recombination lifetime and increases the operating speed. If desired, a reflector (eg, reflector 920 in FIG. 13 or a reflective layer in FIGS. 27 and 28) can be used instead of partially reflecting (as in the case of the right reflector 920 in FIG. 13). ) Maximize the reflected radiation that can be totally reflected, remove output radiation through the reflector and enhance the stimulated radiation.

図14Bは、図1の素子(又は別の実施形態)のベース領域140の量子ドット143、144の1つ又はそれ以上の領域の使用を示し、これらの量子ドット領域は、改良された素子速度、変調特性に対する再結合工程を強化するために、及び/又は素子のスペクトル特性を調整するために動作する。   FIG. 14B illustrates the use of one or more regions of quantum dots 143, 144 in the base region 140 of the device of FIG. 1 (or another embodiment), these quantum dot regions being improved device speeds. Operate to enhance the recombination process for modulation characteristics and / or to adjust the spectral characteristics of the element.

大いにドープされたpベース内の軽くドープされた又はドープされていない量子井戸を伴う構造及び材料システムの例が図15から図22に示されている。図15では、図1の領域及びメタライゼーションに対するのと同様の参照番号を有する領域及びメタライゼーションは、通常、量子井戸層である領域141を除いた構造に対応する。タイプIのInPダブルへテロジャンクションバイポーラトランジスタ(DHBT)の例は、以下の構成要素
105:半絶縁性InP基板
110:nInGaAsサブコレクタ
115:コレクタメタライゼーション
130:nInPコレクタ
140:pInPベース
141:ベース内のドープされていないInGaAs QW
147:ベースメタライゼーション
150:n InPエミッタ
160:nInGaAsエミッタキャップ
165:エミッタメタライゼーション
を有する。
この構造の例に対する帯域ダイアグラムは、VBE=.7V及びVBC=.5Vでバイアスされ、図16に示される。このタイプI構造(DHBT又はSHBT)上の変形の例は、以下の構成要素
130:n InGaAsPコレクタ
140:pInGaAsPベース
141:ベース内のドープされていないInGaAsのQW
150:n InPエミッタ
を含む。
Examples of structures and material systems with lightly doped or undoped quantum wells in a highly doped p + base are shown in FIGS. 15-22. In FIG. 15, regions and metallizations having similar reference numbers to the regions and metallizations of FIG. 1 typically correspond to structures excluding regions 141 that are quantum well layers. An example of a Type I InP double heterojunction bipolar transistor (DHBT) includes the following components 105: semi-insulating InP substrate 110: n + InGaAs subcollector 115: collector metallization 130: n InP collector 140: p + InP base 141: undoped InGaAs QW in base
147: Base metallization 150: n InP emitter 160: n + InGaAs emitter cap 165: with emitter metallization.
The band diagram for this example structure is V BE =. 7V and V BC =. Biased at 5V and shown in FIG. Examples of variations on this type I structure (DHBT or SHBT) include the following components 130: n InGaAsP collector 140: p + InGaAsP base 1411: undoped InGaAs QW in the base
Includes 150: n InP emitter.

タイプIIのInP DHBTの例は、以下の構成要素
105:半絶縁性のInP基板
110:nInGaAsサブコレクタ
115:コレクタメタライゼーション
130:nInPコレクタ
140:pInPベース
141:ベース内のドープされていないInGaAs QW
147:ベースメタライゼーション
150:n InPエミッタ
160:nInGaAsエミッタキャップ
165:エミッタメタライゼーション
を有する。
この構造の例に対する帯域ダイアグラムは、VBE=.7V及びVBC=.5Vでバイアスされ、図17に示される。このタイプII構造(DHBT又はSHBT)上の変形の例は、以下の構成要素
130:n InPコレクタ
140:pGaAsSbベース
141:ベース内のドープされていないInGaAs QW
150:n InPエミッタ
を含む。
この構造の例に対する帯域ダイアグラムは、VBE=.7V及びVBC=.5Vでバイアスされ、図18に示される。
Examples of Type II InP DHBTs include the following components 105: semi-insulating InP substrate 110: n + InGaAs subcollector 115: collector metallization 130: n - InP collector 140: p + InP base 141: within the base Undoped InGaAs QW
147: Base metallization 150: n InP emitter 160: n + InGaAs emitter cap 165: with emitter metallization.
The band diagram for this example structure is V BE =. 7V and V BC =. Biased at 5V and shown in FIG. Examples of variations on this Type II structure (DHBT or SHBT) include the following components 130: n InP collector 140: p + GaAsSb base 141: undoped InGaAs QW in the base
Includes 150: n InP emitter.
The band diagram for this example structure is V BE =. 7V and V BC =. Biased at 5V and shown in FIG.

タイプIのGaAs SHBT又はDHBTの例は、以下の構成要素
130:n GaAsコレクタ
140:pGaAsベース
141:ベース内のドープされていないInGaAs QW
150:InGaPエミッタ
又は
130:N GaAsコレクタ
140:pGaAsベース
141:ベース内のドープされていないInGaAs QW
150:AlGaAsエミッタ
を含む。例えばGaNに基づく素子といった別の材料システムもまた使用できる。
Examples of Type I GaAs SHBTs or DHBTs include the following components 130: n GaAs collector 140: p + GaAs base 1411: undoped InGaAs QW in the base
150: InGaP emitter or 130: N GaAs collector 140: p + GaAs base 141: undoped InGaAs QW in base
150: Includes an AlGaAs emitter. Other material systems such as GaN based devices can also be used.

図19、図20及び図21は、ベース内のHBTの量子井戸に対する更なる帯域ダイアグラムを示している。   19, 20 and 21 show further band diagrams for the quantum wells of the HBT in the base.

図19は、InPエミッタとコレクタ及びInGaAsサブコレクタを伴うHBTに対する構造及び帯域ダイアグラムを示している。ベース領域は(正孔の再結合を強化する)ドープされていないGaAsSb量子井戸及び(電子の再結合を強化する)pInGaAs量子井戸を含む重くドープされた(p)GaAsSbを含む。 FIG. 19 shows the structure and band diagram for HBT with InP emitter and collector and InGaAs subcollector. The base region comprises undoped GaAsSb quantum wells (enhancing hole recombination) and heavily doped (p + ) GaAsSb including p + InGaAs quantum wells (enhancing electron recombination).

図20は、再びInPエミッタとコレクタ及びInGaAsサブコレクタを伴うHBTに対する構造及び帯域ダイアグラムを示している。ベース領域は2つのドープされていないGaAsSb量子井戸と2つのpInGaAs量子井戸を含む重くドープされた(p)GaAsSbを含む。図21(再びベース以外は同一構造を有する)では、ベース領域は、2つの干渉するドープされていないInGaAs量子井戸を伴う3つのpInP量子井戸を含む。異なる井戸構成に加え、異なる井戸サイズを取り入れることもできる。 FIG. 20 again shows the structure and band diagram for an HBT with an InP emitter and collector and an InGaAs subcollector. The base region comprises heavily doped (p + ) GaAsSb including two undoped GaAsSb quantum wells and two p + InGaAs quantum wells. In FIG. 21 (again having the same structure except for the base), the base region includes three p + InP quantum wells with two interfering undoped InGaAs quantum wells. In addition to different well configurations, different well sizes can be incorporated.

上述したように、1つ又はそれ以上の量子井戸は、HBTのベース領域で役立つために取り入れられる。以下の例示は、電子トラップとして動作する2つの薄いIn1−xGaAs(x=85%)量子井戸(QWs)を伴う光放射トランジスタのギガヘルツ動作(理想的な状況に対しては、テラヘルツ動作に近くなることが期待されるが)を示し、従ってInGaP/GaAs HBTのGaAsベース層に埋め込まれたQW−コレクタ再結合放射線源として役立つ。 As mentioned above, one or more quantum wells are incorporated to serve in the base region of the HBT. The following example illustrates gigahertz operation of a light emitting transistor with two thin In 1-x Ga x As (x = 85%) quantum wells (QWs) operating as electron traps (for ideal situations terahertz It is expected to be close to operation) and thus serves as a QW-collector recombination radiation source embedded in a GaAs base layer of InGaP / GaAs HBT.

重くドープされたベース内の2つの薄いInGaAs量子井戸を伴う光放射トランジスタ、つまりInGaP(n)/GaAs(p)/GaAs(n)単一へテロジャンクションバイポーラトランジスタ(SHBT)の帯域ダイアグラムが図22に示され、及びその層構造はダイアグラム及び上述の及び後に続く記述から明らかである。通常のトランジスタモード動作の共通エミッタ構造において、ベース−エミッタジャンクションは順方向バイアスされ、及びベース−コレクタジャンクションは逆バイアスされる。2つの異なる波長でのベースからの光放射は、GaAsベース及びInGaAs QWsの両方を含む帯間再結合遷移に対して期待される。本例示の素子に対する層構造は、MBEにより成長し、及びn=2×1016cm−3である600ÅのGaAsコレクタ、p=4×1019cm−3であり、300ÅのカーボンドープされたGaAsベースに埋め込まれた2つの50ÅのIn1−xGaAs(x=85%)量子井戸(QWs)、n=5×1017cm−3である300ÅのInGaPエミッタ、300ÅのGaAsエミッタキャップ、及びn=3×1019cm−3である300ÅのInGaAsエミッタコンタクトキャップを含む。コレクタの下では、ブラッグ反射器に分配された小さい9周期の621Å Al0.2Ga0.8As+725Å Al0.95Ga0.15Asは、再結合放射の縦方向の漏れを助長するために含まれた。 A band diagram of a light emitting transistor with two thin InGaAs quantum wells in a heavily doped base, namely an InGaP (n) / GaAs (p + ) / GaAs (n) single heterojunction bipolar transistor (SHBT) is shown. 22 and its layer structure is apparent from the diagrams and the description above and following. In a common emitter structure for normal transistor mode operation, the base-emitter junction is forward biased and the base-collector junction is reverse biased. Light emission from the base at two different wavelengths is expected for interband recombination transitions involving both GaAs bases and InGaAs QWs. The layer structure for this exemplary device is grown by MBE and is 600 コ レ ク タ GaAs collector with n = 2 × 10 16 cm −3 , p = 4 × 10 19 cm −3 and 300 カ ー ボ ン carbon doped GaAs. Two 50 - inch In 1-x Ga x As (x = 85%) quantum wells (QWs) embedded in the base, 300-inch InGaP emitter with n = 5 × 10 17 cm −3 , 300-inch GaAs emitter cap, And a 300 In InGaAs emitter contact cap with n = 3 × 10 19 cm −3 . Under the collector, a small nine-period 621 Å Al 0.2 Ga 0.8 As + 725 0.9 Al 0.95 Ga 0.15 As distributed to the Bragg reflector is used to facilitate longitudinal leakage of recombination radiation. Included.

共通エミッタ(C−E)HBT光放射に対して、ベース正孔濃度が非常に高いので、電子がベースに注入されるとき、電子は素早く(二分子で)再結合する。ベース電流は、電荷不均衡を中和するために緩和を介して正孔を再供給するだけである。表面再結合のせいでベース電流は45μm径のHBTに対して比較的小さい。そのため、ベース電流は主にバルク・ホール・ショックリー・リード(HSR)再結合、オージェ工程、及び放射性再結合として見積もられる。HBTのベース領域の放射工程に対して、光放射強度ΔIは放射性再結合iBradを供給するベース電流の成分に比例し、放射性再結合iBradは中立ベース領域の過剰少数キャリアΔn、電荷q、エミッタ領域Aに比例し、放射性再結合寿命τradに反比例する(M.Feng、N.Holonyak、及びW.HafezによるAppl.Phys.Lett.84,151,2004年1月5日)。 For common emitter (CE) HBT light emission, the base hole concentration is so high that when electrons are injected into the base, they recombine quickly (bimolecularly). The base current only resupplyes holes via relaxation to neutralize the charge imbalance. Due to surface recombination, the base current is relatively small for 45 μm diameter HBTs. As such, the base current is estimated primarily as bulk hole Shockley Reed (HSR) recombination, Auger process, and radiative recombination. To radiation process in the base region of the HBT, the light emission intensity ΔI is proportional to the component of the base current supplying radiative recombination i Brad, radiative recombination i Brad excess minority carriers Δn neutral base region, a charge q, It is proportional to the emitter region A E and inversely proportional to the radiative recombination lifetime τ rad (Appl. Phys. Lett. 84, 151, Jan. 5, 2004 by M. Feng, N. Holonyak, and W. Hafez).

図23(a)は45μm径HBTの上面レイアウトを示し、及び図23(b)は電荷結合素子検知器を搭載した顕微鏡を介して、ベースの空地のベース層からエミッタ領域への明らかな誘導光放射(再結合放射)を伴う同一HBTの図を示している。順方向バイアスは、単にHBTの光放射開口部を明らかにするするために、エミッタ−ベース(E−B)接合点上で個々に(データは示されず)使用された。誘導光放射が、コレクタ−ベース(C−B)接合点の逆バイアス動作下ではコレクタ領域に対してベースの空地で見られないことも明らかである、なぜならHBTコレクタ接合点付近の任意の電子が一掃され、及びベースの正孔と再結合する時間を有しないからである。言い換えると、HBT光はE−Bベース領域で観察され、C−B領域では観察されない。図24は、ベース電流の関数としての出力光放射強度(再結合放射)のほぼ直線状の関係を実証している。本例示において、LETからの光放射の31%未満が収集されうる、というのは多モード・ファイバー径が25μm径だからである。QWベースHBTに対して、共通エミッタDC電流ゲインベータ(β=ΔI/ΔI)はβ=13.5(I=3mA、I=40.5mA)であり、及び対応する共通ベースDC電流ゲインアルファ(α=ΔI/ΔI)は大体0.93である。 FIG. 23 (a) shows a top layout of a 45 μm diameter HBT, and FIG. 23 (b) shows a clear guided light from the base layer of the base open space to the emitter region through a microscope equipped with a charge coupled device detector. A diagram of the same HBT with radiation (recombination radiation) is shown. The forward bias was used individually (data not shown) on the emitter-base (EB) junction simply to reveal the light-emitting aperture of the HBT. It is also clear that stimulated light emission is not seen in the base vacant space with respect to the collector region under reverse-bias operation of the collector-base (CB) junction, because any electrons near the HBT collector junction This is because it does not have time to be swept away and recombined with the base holes. In other words, HBT light is observed in the EB base region and not in the CB region. FIG. 24 demonstrates an approximately linear relationship of output light radiation intensity (recombination radiation) as a function of base current. In this example, less than 31% of the light emission from the LET can be collected because the multimode fiber diameter is 25 μm. For a QW base HBT, the common emitter DC current gain beta (β = ΔI C / ΔI B ) is β = 13.5 (I B = 3 mA, I C = 40.5 mA), and the corresponding common base DC The current gain alpha (α = ΔI C / ΔI E ) is approximately 0.93.

HBTとして動作する素子の光放射波長(図25を参照のこと)は、GaAsの帯間再結合遷移に対しては910nm付近に集中し、及びInGaAs QW遷移に対しては960nm付近に集中する。GaAs及びInGaAs QWsの両方に対する(ギャップEから)長い波長方向へのピーク光放射の移行は、重くドープされたp型ベース(N=4×1019cm−3)の成長の間に起こるドナー不純物の底部の状態(N>4×1018cm−3)に起因する。光放射はInGaPエミッタからp型GaAsベースへのホットエレクトロン注入のために825nmから910nmまで伸び、及び続く緩和及び再結合により長い波長放射が生じる。 The light emission wavelength of an element operating as an HBT (see FIG. 25) is concentrated around 910 nm for GaAs interband recombination transitions and around 960 nm for InGaAs QW transitions. GaAs and (from the gap E q) for both InGaAs QWs transition peak light emission in the longer wavelength direction occurs during the growth of the heavily doped p-type base (N A = 4 × 10 19 cm -3) This is due to the state of the bottom of the donor impurity (N D > 4 × 10 18 cm −3 ). The light emission extends from 825 nm to 910 nm due to hot electron injection from the InGaP emitter into the p-type GaAs base, and subsequent relaxation and recombination results in long wavelength emission.

パターン発生器は、光出力変調テストに対して1GHzでAC入力信号を生成した。HBT光は、多モードファイバー探触子内で25μmのコア径と結合し、及び光のごく少量だけを捕捉する。その光は、20dBの線形増幅器を装備するシリコンアバランシェ光検出器(APD)に送り込まれる。線形増幅器を伴うAPDの3dB帯域幅は700MHzであった。45μm径のHBTに対して、電流ゲイン遮断周波数fが1.6GHzで測定された。電力ゲイン遮断周波数fmaxは500MHzであった。図26は、4つのチャネル・サンプリング・オシロスコープからのトレースを示し及び3つのポートの動作を示している。一番上のトレース(a)は0.5Vのpeak-to-peak振幅を伴う1GHzで変調された入力信号(ポート1)であり、及び2番目のトレース(b)はI=3mAでバイアスされた共通エミッタのHBTとコレクタ−エミッタ(CE)バイアスVCE=2.5Vを伴う0.17Vのpeak-to-peak出力電圧振幅(ポート2)である。3番目のトレース(c)は、1mVのpeak-to-peak振幅を伴う1GHzで変調された光出力信号(ポート3)を示している。LETの光出力は電力ゲイン遮断周波数fmaxより速く変調され、及び実際、HBTの電流ゲイン遮断周波数fよりも速い、というのは、ベース再結合工程はHBTの前方への輸送時間の遅延時間よりもかなり短いからである。この例により、HBTベース再結合の量子井戸が強化され、共通エミッタバイアス構造における量子井戸HBTの高速の3つのポートの動作が確立される。 The pattern generator generated an AC input signal at 1 GHz for the light output modulation test. HBT light combines with a 25 μm core diameter in a multimode fiber probe and captures only a small amount of light. The light is fed into a silicon avalanche photodetector (APD) equipped with a 20 dB linear amplifier. The 3 dB bandwidth of APD with a linear amplifier was 700 MHz. The current gain cutoff frequency f t was measured at 1.6 GHz for a 45 μm diameter HBT. The power gain cutoff frequency f max was 500 MHz. FIG. 26 shows traces from a four channel sampling oscilloscope and shows the operation of three ports. The top trace (a) is the input signal (port 1) modulated at 1 GHz with a peak-to-peak amplitude of 0.5 V, and the second trace (b) is biased at I B = 3 mA. The common emitter HBT and collector-emitter (CE) bias V CE = 0.17V peak-to-peak output voltage amplitude (Port 2) with V CE = 2.5V. The third trace (c) shows the optical output signal (port 3) modulated at 1 GHz with a peak-to-peak amplitude of 1 mV. The light output of the LET is modulated faster than the power gain cutoff frequency f max and, in fact, faster than the current gain cutoff frequency f t of the HBT, because the base recombination process is a delay in transport time ahead of the HBT Because it is much shorter. This example enhances the quantum well of the HBT-based recombination and establishes the operation of the fast three ports of the quantum well HBT in a common emitter bias structure.

図27は、HBTのベース領域からの光放射を採用する本発明の実施形態による垂直空洞表面放射レーザを示している。基板1105が提供され、及び以下他の層、つまりDBR反射層1108、サブコレクタ1110、コレクタ1130、遷移層1133、ベース1140、エミッタ1150、エミッタキャップ層1160及び先端DBR反射層1168がその上に提供される。またコレクタメタライゼーション1115、ベースメタライゼーション1145及びエミッタメタライゼーション1165も示されている。コレクタリード1117、ベースリード1147、及びエミッタリード1167もまた示されている。本実施形態の形では、層はMOCVDにより成長し、基板1105は半絶縁性InP基板であり、サブコレクタ1110はnInGaAsであり、コレクタ1130はn InPであり、ベース1140は量子井戸を伴うpInGaAs層であり、エミッタ1150はn型InPであり及びエミッタキャップ1160はnInGaAsである。また、遷移層はn型の四つ一組の遷移層、例えばInGaAsPである。本実施形態では、反射層1108及び1168は、半波長といった適切な距離により間隔をあけた多層DBR反射層である。動作において、従来通り、3端子モードに適用された信号を用い、ベース電流の変調により変調された光放射が生成され、この場合垂直に放射されたレーザ光が矢印1190で表される。上述のように、別の構造及び材料システムが、例として、GaAs及びGaN基盤のHBTs、又は別の直接バンドギャップ材料システムを含み、使用されることを理解されたい。また、ベース層1140には、他の場所で記載されたように、量子井戸又は量子ドット層が提供されうる。 FIG. 27 shows a vertical cavity surface emitting laser according to an embodiment of the invention that employs light emission from the base region of the HBT. A substrate 1105 is provided, and the following other layers are provided thereon: DBR reflective layer 1108, subcollector 1110, collector 1130, transition layer 1133, base 1140, emitter 1150, emitter cap layer 1160 and tip DBR reflective layer 1168. Is done. A collector metallization 1115, a base metallization 1145, and an emitter metallization 1165 are also shown. A collector lead 1117, a base lead 1147, and an emitter lead 1167 are also shown. In the form of this embodiment, the layers are grown by MOCVD, the substrate 1105 is a semi-insulating InP substrate, the subcollector 1110 is n + InGaAs, the collector 1130 is n InP, and the base 1140 is accompanied by a quantum well. The p + InGaAs layer, the emitter 1150 is n-type InP, and the emitter cap 1160 is n + InGaAs. The transition layer is an n-type quadruple transition layer, for example, InGaAsP. In this embodiment, the reflective layers 1108 and 1168 are multi-layer DBR reflective layers spaced by a suitable distance, such as half wavelength. In operation, light emission modulated by modulation of the base current is generated using a signal applied to the three-terminal mode, as is conventional, where vertically emitted laser light is represented by arrow 1190. As mentioned above, it should be understood that other structures and material systems may be used, including, by way of example, GaAs and GaN based HBTs, or other direct bandgap material systems. The base layer 1140 can also be provided with a quantum well or quantum dot layer, as described elsewhere.

図28は、コレクタのできるだけ近くにブラッグ反射器を有し、及びDBRs間の下方ギャップ吸収層の干渉を取り除く垂直空洞表面放射レーザの更なる実施形態を示している。特に、図28(対応する要素に対して図1に似た参照番号を有する)では、下方HBRが111で示され、及び上方DBRが143で示されている。矢印190はVCSELの光定在波を表している。DBR141は沈着したSi−SiOブラッグ反射器でありうる。更なる反射器がエミッタ150の上に提供される。また、ベース層140には、別の場所に記載されたように、量子井戸又は量子ドット層が提供される。 FIG. 28 shows a further embodiment of a vertical cavity surface emitting laser that has a Bragg reflector as close as possible to the collector and eliminates the interference of the lower gap absorbing layer between the DBRs. In particular, in FIG. 28 (having reference numbers similar to FIG. 1 for corresponding elements), the lower HBR is indicated by 111 and the upper DBR is indicated by 143. An arrow 190 represents the optical standing wave of the VCSEL. The DBR 141 can be a deposited Si—SiO 2 Bragg reflector. A further reflector is provided on the emitter 150. Also, the base layer 140 is provided with a quantum well or quantum dot layer as described elsewhere.

図29は、光放射HBTsのアレイ1331、1332、1341などを使用するディスプレイ1310を示している。光出力強度は既に記載されたように制御できる。非常に高速な動作が、いくつかの素子からの有用な光放射を用いて、又は用いずに達成されうる。これら要素の素子及びアレイは、集積光学及び電子工学システムで採用されうる。   FIG. 29 shows a display 1310 that uses an array 1331, 1332, 1341, etc. of light emitting HBTs. The light output intensity can be controlled as previously described. Very fast operation can be achieved with or without useful light radiation from several elements. Elements and arrays of these elements can be employed in integrated optics and electronics systems.

図30Aでは、バイポーラトランジスタ(例えば図1のヘテロジャンクションバイポーラ光放射トランジスタ)のベース領域140は、コレクタ領域130に比較的近接した第1の比較的厚い量子井戸3041と、エミッタ領域150に比較的近接した第2の比較的薄い量子井戸3042を含む。井戸形状のグレーディングは、エミッタからコレクタへのキャリア輸送を促進するのに使用される。(レーザダイオードのAlAs障壁と交互に起こるGaAs井戸に対する段階的なエネルギーギャップに関しては、1984年Plenum Press「The Physics Of Submicron Structures」1−18ページのN.Holonyakによる「Quantum−Well And Superlattice Lasers: Fundamental Effects」を参照のこと)。量子井戸領域3041及び/又は3042は、代案として量子ドット領域でありうる、又は1つが量子井戸領域でありもう1つが量子ドット領域でありうる。領域3041及び3042はまた、必要に応じて、異なる構成を有することもできる。また、量子井戸(及び/又は量子ドット領域)間の間隔は、厚さ及び/又は構成の点で異なる。本発明のこの形状は、ベース領域140が間隔をあけた量子井戸3046、3047、3048及び3049を含む図30Bに示される実施形態からさらに理解される。本実施形態の例では、コレクタに最も近い量子井戸3046は80オングストローム厚であり、次の量子井戸(3047)は40オングストローム厚、次の量子井戸(3048)は20オングストローム厚、及び(エミッタ150に最も近い)量子井戸3049は10オングストローム厚である。本例示では、量子井戸間の間隔又は障壁およそ5オングストロームから50オングストローム間の範囲にあり、及び必ずしも全て同じというわけではない。注入電子は小さい井戸に捕捉され、次に大きい井戸にトンネルを掘り、そしてその後次に大きいトンネルを掘るなどを、コレクタに最も近い最大井戸で、最大井戸の最も下方状態へトンネルを掘る及び緩和するまで行い、そして再結合する。井戸の配置により、エミッタからコレクタへの一定方向のキャリア輸送が促進される。最大再結合及び最大光度はコレクタにできるだけ近い最大井戸から生じ、それは例えば光空洞などの理由で有利な位置にある。キャリアは、エネルギーの「下方」へ、つまりより厚い井戸に向かって拡散する。井戸のサイズが非対称であることにより、キャリア輸送の方向性と速度が改良される。光放射HBTのような実施形態では、光放射及び素子速度が両方とも向上する。すでに述べたように、任意の又は全ての量子井戸は量子ドット領域でありうる、及び/又は他の量子井戸(又はドット)領域以外の異なる構成で作られる。また、その他の多数の井戸が使用されうる及びベース領域内のいくつかの量子井戸(又は場合によってはドット領域)がベース領域内の他の量子井戸と同一の厚さを有しうることを理解されたい。   In FIG. 30A, the base region 140 of a bipolar transistor (eg, the heterojunction bipolar light emitting transistor of FIG. 1) is relatively close to the first relatively thick quantum well 3041 and the emitter region 150 that are relatively close to the collector region 130. Second relatively thin quantum well 3042. Well-shaped grading is used to facilitate carrier transport from emitter to collector. (For a stepwise energy gap for GaAs wells that alternate with AlAs barriers in laser diodes, see “Quantum-Fell And Least Lattice: Quantum-Fell And Least Lattice by N. Holonyak, 1984 Plenum Press“ The Physics Of Substructure Structures ”1-18. See "Effects"). The quantum well regions 3041 and / or 3042 can alternatively be quantum dot regions, or one can be a quantum well region and the other can be a quantum dot region. Regions 3041 and 3042 can also have different configurations as desired. Also, the spacing between quantum wells (and / or quantum dot regions) differs in thickness and / or configuration. This shape of the invention is further understood from the embodiment shown in FIG. 30B where the base region 140 includes spaced quantum wells 3046, 3047, 3048 and 3049. In the example of this embodiment, the quantum well 3046 closest to the collector is 80 angstroms thick, the next quantum well (3047) is 40 angstroms thick, the next quantum well (3048) is 20 angstroms thick, and (emitter 150) The (closest) quantum well 3049 is 10 angstroms thick. In this example, the spacing or barrier between quantum wells is in the range between approximately 5 angstroms and 50 angstroms, and not necessarily all the same. The injected electrons are trapped in the small well, tunneled in the next large well, and then the next large tunnel, etc., and tunneled and relaxed to the lowermost state of the largest well, with the largest well closest to the collector And recombine. The well arrangement facilitates carrier transport in a certain direction from the emitter to the collector. Maximum recombination and maximum luminous intensity arise from the largest well as close as possible to the collector, which is in an advantageous position for reasons such as optical cavities. Carriers diffuse “down” in energy, ie towards thicker wells. The asymmetric well size improves the direction and speed of carrier transport. In embodiments such as light emitting HBT, both light emission and device speed are improved. As already mentioned, any or all quantum wells can be quantum dot regions and / or made with different configurations other than other quantum well (or dot) regions. It is also understood that many other wells can be used and that some quantum wells (or dot areas in some cases) in the base region can have the same thickness as other quantum wells in the base region. I want to be.

これに関する原理はまた、重くドープされたベース領域、及び随意的にベース領域と結合する光学ポートを伴うHBTの(Ge及びSiといった)間接バンドギャップ材料への適用をも潜在的に有する。生成された光は、通常、これに関する直接バンドギャップHBT光エミッタにより生成される光より強度が低い。しかし、再結合を強化するために1つ又はそれ以上の量子井戸及び/又は1つ又はそれ以上の量子ドット領域を有する素子を含む様々なアプリケーションに対するGe−Siシステムのこの光を生成する及び結合する機能を有することは有用である。   The principle in this regard also potentially has application to HBT indirect bandgap materials (such as Ge and Si) with a heavily doped base region, and optionally an optical port coupled to the base region. The light produced is typically less intense than the light produced by the direct bandgap HBT light emitter associated therewith. However, this light generation and coupling of Ge-Si systems for a variety of applications involving devices with one or more quantum wells and / or one or more quantum dot regions to enhance recombination It is useful to have the function of

本発明の実施形態による及び本発明の方法の実施形態を実行する際に使用できる素子の、実物大ではない簡略化された断面図である。FIG. 2 is a simplified, not full-scale view of an element that can be used in accordance with embodiments of the present invention and in performing method embodiments of the present invention. 本発明の実施形態に対する図1の素子のレイアウトの上面図である。FIG. 2 is a top view of the layout of the device of FIG. 1 for an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態によるテスト素子のCCD顕微鏡から見た図である。It is the figure seen from the CCD microscope of the test element by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による3つのポートの素子の簡略化された概略図である。FIG. 4 is a simplified schematic diagram of a three port device according to an embodiment of the present invention. テスト素子の共通エミッタ出力特性のグラフであり、及び観察された光放射も示している。FIG. 2 is a graph of common emitter output characteristics of test elements and also shows observed light emission. オシロスコープトレース6A及び6Bを含み、それぞれテスト素子に対する入力基準光波形及び出力変調された光波形を示している。Oscilloscope traces 6A and 6B are included, showing the input reference optical waveform and the output modulated optical waveform for the test element, respectively. テスト素子に対するベース電流の関数としての光出力を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing light output as a function of base current for a test element. FIG. 通常のトランジスタ動作(逆バイアスのコレクタ)で再結合−放射信号を生成する30nmのp型GaAsSbベースを伴う、タイプII InP/GaAsSb/InPダブルへテロジャンクションバイポーラトランジスタ(DHBT)、光放射トランジスタ(LET)のダイアグラム及び帯域ダイアグラムである。Type II InP / GaAsSb / InP double heterojunction bipolar transistor (DHBT), light emitting transistor (LET) with a 30 nm p-type GaAsSb base that generates a recombination-radiated signal in normal transistor operation (reverse biased collector) ) Diagram and band diagram. 図8のタイプIIトランジスタ(エミッタ領域は120×120μm)の共通エミッタ出力特性、つまりコレクタ電流対コレクタ−エミッタ電圧(I−V曲線)を示している。FIG. 9 shows common emitter output characteristics of the type II transistor of FIG. 8 (emitter region is 120 × 120 μm 2 ), that is, collector current vs. collector-emitter voltage (IV curve). ほぼ線形動作を示すL−I特性を伴う、ベース領域の関数としての図8のタイプII DHBTの光放射強度(再結合放射)のグラフである。差込図は様々なベース電流でのp型GaAsSbベースからの再結合放射の波長を示している。FIG. 9 is a graph of the light emission intensity (recombination emission) of the type II DHBT of FIG. The inset shows the wavelength of recombination radiation from the p-type GaAsSb base at various base currents. 共通エミッタ構造でバイアスされた図8のタイプII DHBTの3つのポート、(a)10kHz入力信号(一番上のトレース、ポート1)、(b)増幅出力信号(真ん中のトレース、ポート2)、及び(c)10kHzで変調された光出力(一番下のトレース、ポート3)の動作を示している。Three ports of type II DHBT of FIG. 8 biased with a common emitter structure, (a) 10 kHz input signal (top trace, port 1), (b) amplified output signal (middle trace, port 2), And (c) shows the operation of the optical output modulated at 10 kHz (bottom trace, port 3). 光反射器を含む本発明の実施形態を示している。1 illustrates an embodiment of the invention including a light reflector. 本発明の実施形態によるレーザ素子を示している。1 shows a laser device according to an embodiment of the present invention. 1つ又はそれ以上の量子井戸又は量子ドット領域を取り入れた本発明の実施形態による素子の一部を示している。Fig. 4 shows a portion of a device according to an embodiment of the invention incorporating one or more quantum wells or quantum dot regions. 本発明の実施形態による、及び本発明の方法の実施形態を実施する際に使用できる素子の、実物大ではない簡略化された断面図である。FIG. 3 is a simplified, non-full scale cross-sectional view of an element that can be used in accordance with embodiments of the present invention and in carrying out method embodiments of the present invention. 図15の素子の例示に対するエネルギー帯域ダイアグラムである。FIG. 16 is an energy band diagram for the illustration of the device of FIG. 本発明の実施形態による別の素子の例示に対するエネルギー帯域ダイアグラムである。4 is an energy band diagram for an illustration of another device according to an embodiment of the invention. 本発明の実施形態による更なる素子の例示に対するエネルギー帯域ダイアグラムである。Figure 6 is an energy band diagram for an illustration of a further element according to an embodiment of the invention. 本発明の実施形態による、複数の量子井戸を伴う更なる素子に対するエネルギー帯域及びエネルギー構造のダイアグラムである。FIG. 4 is a diagram of energy bands and energy structures for additional devices with multiple quantum wells, according to embodiments of the invention. 本発明の実施形態による、複数の量子井戸を伴う更なる素子に対するエネルギー帯域及びエネルギー構造のダイアグラムである。FIG. 4 is a diagram of energy bands and energy structures for additional devices with multiple quantum wells, according to embodiments of the invention. 本発明の実施形態による、複数の量子井戸を伴う更なる素子に対するエネルギー帯域及びエネルギー構造のダイアグラムである。FIG. 4 is a diagram of energy bands and energy structures for additional devices with multiple quantum wells, according to embodiments of the invention. 電子捕捉を助長するため及び再結合放射を強化するためにp型GaAsベースに埋め込まれた2つの50ÅInGaAs QWsを伴う、量子井戸(QW)InGaP/GaAsヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ(QW HBT)、光放射トランジスタ(LET)のダイアグラム及び帯域ダイアグラムである。Quantum well (QW) InGaP / GaAs heterojunction bipolar transistor (QW HBT), light emitting transistor with two 50Å InGaAs QWs embedded in a p-type GaAs base to facilitate electron capture and enhance recombination radiation (LET) diagram and band diagram. (a)は図22のQW InGaP/GaAs HBTのレイアウトのCCD上面画像である。(b)は電流バイアス(通常のトランジスタ動作、I=1mA)の共通エミッタ構造のQW HBT光放射のCCD上面画像である。(A) is a CCD upper surface image of the layout of QW InGaP / GaAs HBT of FIG. (B) is a CCD top image of QW HBT light emission of a common emitter structure with current bias (normal transistor operation, I B = 1 mA). ベース電流の関数として図22のQW HBTの光出力強度(電力)を示し、それは電流とともにほぼ直線状に増大することを実証している。DCベータ(β=I/I)もまた示され、及びベース電流が増大するにつれ7から13への変化が見られる。The optical output intensity (power) of the QW HBT of FIG. 22 as a function of base current is shown, demonstrating that it increases approximately linearly with current. DC beta (β = I c / I b ) is also shown, and a change from 7 to 13 is seen as the base current increases. 図22及び図23のp型GaAsベースの帯間再結合及びQW HBTのベースInGaAs量子井戸による放射波長の、Iが1mA、2mA及び3mAであるときのグラフを示している。The emission wavelength by the base InGaAs quantum wells in the p-type among GaAs-based band recombination and QW HBT of FIG. 22 and FIG. 23 shows a graph of the time is I B 1 mA, a 2mA and 3mA. 共通エミッタ構造でバイアスされた図22及び図23のQW HBTの3つのポートの動作、つまり(a)1GHz入力信号(一番上のトレース、ポート1)、(b)増幅出力信号(真ん中のトレース、ポート2)及び(c)1GHzで変調された光出力(一番下のトレース、ポート3)の動作を示している。Operation of the three ports of the QW HBT of FIGS. 22 and 23 biased with a common emitter structure: (a) 1 GHz input signal (top trace, port 1), (b) amplified output signal (middle trace) , Ports 2) and (c) 1 GHz modulated optical output (bottom trace, port 3). 本発明の実施形態による縦方向の空洞表面放射レーザの、実物大ではない簡略化された断面図である。1 is a simplified cross-sectional view of a longitudinal cavity surface emitting laser according to an embodiment of the present invention that is not full-scale. FIG. 本発明の更なる実施形態による縦方向の空洞表面放射レーザの、実物大ではない簡略化された断面図である。FIG. 4 is a simplified cross-sectional view of a longitudinal cavity surface emitting laser according to a further embodiment of the present invention, not full scale. 本発明の実施形態によるアレイの簡略図である。FIG. 3 is a simplified diagram of an array according to an embodiment of the invention. 本発明の実施形態による、及び本発明の方法の実施形態を実施する際に使用できる素子の、実物大ではない切欠断面図である。FIG. 3 is a cut-away cross-sectional view, not full scale, of an element that can be used in accordance with embodiments of the invention and in carrying out method embodiments of the invention.

符号の説明Explanation of symbols

105 基板
110 サブコレクタ
111 下方HBR
115 コレクタメタライゼーション
117 コレクタリード
130 コレクタ
140 ベース
141 量子井戸
142 量子井戸
143 量子ドット
144 量子ドット
145 ベースメタライゼーション
147 ベースリード
150 エミッタ
160 キャップ層
165 エミッタメタライゼーション
167 エミッタリード
190 VCSELの光学定在波
810 3端子の光放射HBT
820 反射カップ
910 3端子の光放射HBT
920 反射器
1105 基板
1108 DBR反射層
1110 サブコレクタ
1115 コレクタメタライゼーション
1117 コレクタリード
1130 コレクタ
1133 遷移層
1140 ベース
1145 ベースメタライゼーション
1147 ベースリード
1150 エミッタ
1160 エミッタキャップ層
1165 エミッタメタライゼーション
1167 エミッタリード
1168 先端DBR反射層
1190 垂直に放射されたレーザ光
1310 ディスプレイ
1331 光放射HBTsのアレイ
1332 光放射HBTsのアレイ
1341 光放射HBTsのアレイ
3041 量子井戸領域
3042 量子井戸領域
3046 量子井戸
3048 量子井戸
3049 量子井戸
105 Substrate 110 Sub-collector 111 Lower HBR
115 Collector Metallization 117 Collector Lead 130 Collector 140 Base 141 Quantum Well 142 Quantum Well 143 Quantum Dot 144 Quantum Dot 145 Base Metallization 147 Base Lead 150 Emitter 160 Cap Layer 165 Emitter Metallization 167 Emitter Lead 190 VCSEL Optical Standing Wave 810 3-terminal optical radiation HBT
820 Reflection cup 910 Three-terminal light emission HBT
920 reflector 1105 substrate 1108 DBR reflective layer 1110 subcollector 1115 collector metallization 1117 collector lead 1130 collector 1133 transition layer 1140 base 1145 base metallization 1147 base lead 1150 emitter 1160 emitter cap layer 1165 emitter metallization 1167 emitter lead 1168 tip DBR reflection Layer 1190 Vertically emitted laser light 1310 Display 1331 Array of light emitting HBTs 1332 Array of light emitting HBTs 1341 Array of light emitting HBTs 3041 Quantum well region 3042 Quantum well region 3046 Quantum well 3048 Quantum well 3049 Quantum well

Claims (93)

電気入力信号を受信する入力ポート、前記入力信号により変調された電気信号を出力する電気出力ポート、及び前記入力信号により変調された光信号を出力する光出力ポートを有する素子において、
前記素子がコレクタ、ベース及びエミッタ領域を含むヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ素子を含み、
前記入力ポートが前記ベース領域と結合する電極を含み、前記電気出力ポートが前記コレクタ及びエミッタ領域と結合する電極を含み、及び前記光出力ポートが前記ベース領域との光結合を含むことを特徴とする素子。
In an element having an input port that receives an electrical input signal, an electrical output port that outputs an electrical signal modulated by the input signal, and an optical output port that outputs an optical signal modulated by the input signal,
The device comprises a heterojunction bipolar transistor device comprising a collector, a base and an emitter region;
The input port includes an electrode coupled to the base region, the electrical output port includes an electrode coupled to the collector and emitter regions, and the light output port includes optical coupling to the base region. Element to do.
前記へテロジャンクションバイポーラトランジスタ素子が直接バンドギャップ半導体材料の領域を含むことを特徴とする、請求項1に記載の素子。   The device of claim 1, wherein the heterojunction bipolar transistor device comprises a region of direct bandgap semiconductor material. 直接バンドギャップ半導体材料のコレクタ、ベース及びエミッタを含むヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ構造と、
前記トランジスタ構造の少なくとも一部分を取り囲む光共振空洞と、
前記トランジスタ構造からレーザ放射を引き起こすために電気信号と前記コレクタ、ベース及びエミッタ領域を結合する手段を含むことを特徴とする半導体レーザ。
A heterojunction bipolar transistor structure including a collector, base and emitter of direct bandgap semiconductor material;
An optical resonant cavity surrounding at least a portion of the transistor structure;
A semiconductor laser comprising means for coupling an electrical signal and the collector, base and emitter regions to cause laser radiation from the transistor structure.
前記へテロジャンクショントランジスタの少なくとも一部分が層形状であり、及び前記光共振空洞が、前記構造の前記少なくとも一部分の層平面に対して横方向の空洞であることを特徴とする、請求項3に記載のレーザ。   4. The heterojunction transistor according to claim 3, wherein at least a part of the heterojunction transistor is layered and the optical resonant cavity is a cavity transverse to the layer plane of the at least part of the structure. Laser. 前記へテロジャンクショントランジスタ構造の少なくとも一部分が層形状であり、及び前記光共振空洞が、前記構造の前記少なくとも一部分の層平面に対して縦方向の空洞であることを特徴とする、請求項3に記載のレーザ。   4. The heterojunction transistor structure according to claim 3, characterized in that at least part of the heterojunction transistor structure is layered and the optical resonant cavity is a cavity perpendicular to the layer plane of the at least part of the structure. The laser described. 前記へテロジャンクションバイポーラトランジスタ構造が、InP基盤の素子を含むことを特徴とする、請求項3に記載のレーザ。   The laser of claim 3, wherein the heterojunction bipolar transistor structure comprises an InP-based device. 前記へテロジャンクションバイポーラトランジスタ構造が、GaAs基盤の素子を含むことを特徴とする、請求項3に記載のレーザ。   The laser of claim 3, wherein the heterojunction bipolar transistor structure comprises a GaAs-based device. 前記へテロジャンクションバイポーラトランジスタ構造が、GaN基盤の素子を含むことを特徴とする、請求項3に記載のレーザ。   4. The laser of claim 3, wherein the heterojunction bipolar transistor structure includes a GaN-based device. 直接バンドギャップ半導体材料のコレクタ、ベース及びエミッタを含むヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ構造と、
前記ベース領域に配置される少なくとも1つの量子井戸と、
前記ベース領域における放射性再結合により前記素子から光放射を引き起こすために、電気信号と前記コレクタ、ベース及びエミッタ領域を結合する手段を含むことを特徴とする、制御可能な光放射を生成する半導体素子。
A heterojunction bipolar transistor structure including a collector, base and emitter of direct bandgap semiconductor material;
At least one quantum well disposed in the base region;
A semiconductor device for generating controllable light emission, comprising means for combining an electrical signal with the collector, base and emitter regions to cause light emission from the device by radiative recombination in the base region .
前記トランジスタ構造の少なくとも一部分を取り囲む光共振空洞を更に含むことを特徴とする、請求項9に記載の素子。   The device of claim 9, further comprising an optical resonant cavity surrounding at least a portion of the transistor structure. 前記電気信号を結合する手段が、コレクタ−エミッタ電圧を印加し、及び印加されたベース電流を用いて光出力を変調する手段を含むことを特徴とする、請求項9又は請求項10に記載の素子。   11. The means of claim 9 or claim 10, wherein the means for combining the electrical signals includes means for applying a collector-emitter voltage and modulating the light output using the applied base current. element. 直接バンドギャップ半導体材料のコレクタ、ベース及びエミッタ領域を含むヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ素子のアレイと、
前記素子のベース領域における放射性再結合により光放射を引き起こすために、電気信号を、前記素子の前記コレクタ、ベース及びエミッタ領域と結合される端子全域に印加する手段を含むことを特徴とするディスプレイ。
An array of heterojunction bipolar transistor devices including collector, base and emitter regions of direct bandgap semiconductor material; and
A display comprising means for applying an electrical signal across the terminals coupled to the collector, base and emitter regions of the device to cause light emission by radiative recombination in the base region of the device.
前記信号を印加する手段が、前記素子のベース電流を制御する信号を印加することにより前記アレイの個々の素子の光出力を変調することを含むことを特徴とする、請求項12に記載のディスプレイ。   13. A display as claimed in claim 12, characterized in that the means for applying a signal comprises modulating the light output of individual elements of the array by applying a signal that controls the base current of the elements. . コレクタ、ベース及びエミッタ領域を含むヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ素子を提供し、
前記ベース領域における放射性再結合により光放射を引き起こすために、電気信号を、前記コレクタ、ベース及びエミッタ領域と結合される端子全域に印加し、及び
前記ベース領域から放射される光との光結合を提供する工程を含むことを特徴とする光電子工学方法。
Providing a heterojunction bipolar transistor device comprising a collector, a base and an emitter region;
In order to cause light emission by radiative recombination in the base region, an electrical signal is applied across the terminals coupled to the collector, base and emitter regions, and optical coupling with light emitted from the base region is achieved. An optoelectronic method comprising the step of providing.
前記電気信号を印加する工程が、コレクタ−エミッタ電圧を印加することと変調ベース電流を印加することにより光出力を変調することを含むことを特徴とする、請求項14に記載の方法。   The method of claim 14, wherein applying the electrical signal comprises modulating the light output by applying a collector-emitter voltage and applying a modulation base current. 前記ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ素子を提供する工程が、直接バンドギャップ材料で形成される素子を提供することを含むことを特徴とする、請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein providing the heterojunction bipolar transistor device comprises providing a device formed of a direct bandgap material. 前記ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ素子を提供する工程が、間接バンドギャップ材料で形成される素子を提供することを含むことを特徴とする、請求項14に記載の方法。   The method of claim 14, wherein providing the heterojunction bipolar transistor device comprises providing a device formed of an indirect bandgap material. 前記光放射を引き起こすために電気信号を印加する工程が、印加されたベース電流に実質上比例する光放射を生成するベース電流を印加することを含むことを特徴とする、請求項14から請求項17のいずれかに記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein applying an electrical signal to cause the light emission includes applying a base current that generates light emission substantially proportional to the applied base current. 18. The method according to any one of 17. 前記へテロジャンクションバイポーラトランジスタを提供する工程が、前記へテロジャンクションバイポーラトランジスタのベース領域に少なくとも1つの量子井戸層を提供することを含むことを特徴とする、請求項14から請求項18のいずれかに記載の方法。   19. The method of any one of claims 14 to 18, wherein providing the heterojunction bipolar transistor comprises providing at least one quantum well layer in a base region of the heterojunction bipolar transistor. The method described in 1. 前記へテロジャンクションバイポーラトランジスタを提供する工程が、前記へテロジャンクションバイポーラトランジスタのベース領域に少なくとも1つの量子ドット領域を提供することを含むことを特徴とする、請求項14から請求項19のいずれかに記載の方法。   20. The method of any one of claims 14 to 19, wherein providing the heterojunction bipolar transistor comprises providing at least one quantum dot region in a base region of the heterojunction bipolar transistor. The method described in 1. エミッタ、ベース及びコレクタ領域を有するバイポーラトランジスタを提供し、
電気信号と前記エミッタ、ベース及びコレクタ領域を結合する電極を提供し、及び
自然放射の不利益に対して誘導放射を強化するために前記ベース領域を適合させ、それにより前記ベース領域におけるキャリア再結合寿命を削減する工程を含むことを特徴とする、バイポーラトランジスタの速度を増大させる方法。
Providing a bipolar transistor having an emitter, base and collector region;
Providing an electrode that couples the electrical signal with the emitter, base and collector regions, and adapting the base region to enhance stimulated emission against the disadvantages of spontaneous emission, thereby carrier recombination in the base region A method for increasing the speed of a bipolar transistor, comprising the step of reducing lifetime.
前記ベース領域を適合させる工程が、前記ベース領域内で、量子サイズ効果を示す層を提供することを含むことを特徴とする、請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein adapting the base region comprises providing a layer exhibiting a quantum size effect within the base region. 前記ベース領域を適合させる工程が、前記ベース領域に量子井戸を提供することを含むことを特徴とする、請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein adapting the base region comprises providing a quantum well in the base region. 前記ベース領域に量子井戸を提供する工程が、およそ100オングストローム以下の厚さを有する量子井戸を提供することを含むことを特徴とする、請求項23に記載の方法。   24. The method of claim 23, wherein providing a quantum well in the base region comprises providing a quantum well having a thickness of about 100 angstroms or less. 前記ベース領域を適合させる工程が、前記ベース領域に量子ドットの層を提供することを含むことを特徴とする、請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein the step of adapting the base region comprises providing a layer of quantum dots in the base region. 前記ベース領域を適合させる工程が、前記ベース領域に複数の量子井戸を提供することを含むことを特徴とする、請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein adapting the base region comprises providing a plurality of quantum wells in the base region. 前記ベース領域に複数の量子井戸を提供する工程が、およそ100オングストローム以下の厚さを有する複数の量子井戸を提供することを含むことを特徴とする、請求項26に記載の方法。   27. The method of claim 26, wherein providing a plurality of quantum wells in the base region includes providing a plurality of quantum wells having a thickness of approximately 100 angstroms or less. 前記ベース領域に量子井戸を提供する工程が、前記ベース領域の材料のバンドギャップよりも狭いバンドギャップを有する材料の量子井戸を提供することを含むことを特徴とする、請求項23又は請求項24に記載の方法。   25. Providing a quantum well in the base region comprises providing a quantum well of a material having a narrower band gap than the band gap of the base region material. The method described in 1. 前記ベース領域を適合させる工程が、前記ベース領域を光空洞内に配置することを含むことを特徴とする、請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein adapting the base region comprises placing the base region in an optical cavity. 前記ベース領域を適合させる工程が、前記ベース領域を光空洞内に配置することを含むことを特徴とする、請求項22又は請求項23に記載の方法。   24. A method according to claim 22 or claim 23, wherein the step of adapting the base region comprises disposing the base region in an optical cavity. 前記エミッタ、ベース、及びコレクタ領域が縦方向の層構造で提供され、及び前記ベース領域を適合させる工程が、前記ベース領域を横方向の光空洞に配置することを更に含むことを特徴とする、請求項21に記載の方法。   The emitter, base, and collector regions are provided in a vertical layer structure, and the step of adapting the base region further includes disposing the base region in a lateral optical cavity, The method of claim 21. 前記エミッタ、ベース、及びコレクタ領域が縦方向の層構造で提供され、及び前記ベース領域を適合させる工程が、前記ベース領域を縦方向の光空洞に配置することを含むことを特徴とする、請求項22に記載の方法。   The emitter, base, and collector regions are provided in a vertical layer structure, and adapting the base region includes disposing the base region in a vertical optical cavity. Item 23. The method according to Item 22. 前記ベース領域を適合させる工程が、前記ベース領域を、光学的放射が一部透過する反射器を含む光空洞に配置することを含むことを特徴とする、請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein adapting the base region includes placing the base region in an optical cavity that includes a reflector through which optical radiation is partially transmitted. 前記ベース領域を適合させる工程が、前記ベース領域を、完全に反射する光空洞に配置することを含むことを特徴とする、請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein adapting the base region includes placing the base region in a fully reflective optical cavity. エミッタ領域とコレクタ領域の間に重くドープされたベース領域を有する間接バンドギャップ半導体材料のヘテロジャンクションバイポーラトランジスタを提供し、
電気信号と前記エミッタ、ベース及びコレクタ領域を結合させる電極を提供し、及び
自然放射の不利益に対して誘導放射を強化するために前記ベース領域を適合させ、それにより前記ベース領域のキャリア再結合寿命を削減する工程を含むことを特徴とする、前記へテロジャンクションバイポーラトランジスタの速度を増大させる方法。
Providing an indirect bandgap semiconductor material heterojunction bipolar transistor having a heavily doped base region between an emitter region and a collector region;
Providing an electrode for coupling the electrical signal with the emitter, base and collector regions, and adapting the base region to enhance stimulated radiation against the disadvantages of spontaneous radiation, thereby carrier recombination of the base region A method for increasing the speed of said heterojunction bipolar transistor, comprising the step of reducing lifetime.
前記ベース領域を適合させる工程が、前記ベース領域内に、量子サイズ効果を示す層を提供することを含むことを特徴とする、請求項35に記載の方法。   36. The method of claim 35, wherein adapting the base region comprises providing a layer exhibiting a quantum size effect in the base region. 前記ベース領域を適合させる工程が、前記ベース領域に量子井戸を提供することを含むことを特徴とする、請求項35に記載の方法。   36. The method of claim 35, wherein adapting the base region comprises providing a quantum well in the base region. 前記ベース領域に量子井戸を提供する工程が、およそ100オングストローム以下の厚さを有する量子井戸を提供することを含むことを特徴とする、請求項37に記載の方法。   38. The method of claim 37, wherein providing a quantum well in the base region comprises providing a quantum well having a thickness of approximately 100 angstroms or less. 前記ベース領域を適合させる工程が、前記ベース領域に量子ドット層を提供することを含むことを特徴とする、請求項35に記載の方法。   36. The method of claim 35, wherein adapting the base region comprises providing a quantum dot layer in the base region. 前記ベース領域を適合させる工程が、前記ベース領域に複数の量子井戸を提供することを含むことを特徴とする、請求項35に記載の方法。   36. The method of claim 35, wherein adapting the base region comprises providing a plurality of quantum wells in the base region. 前記ベース領域に複数の量子井戸を提供する工程が、およそ100オングストローム以下の厚さを有する複数の量子井戸を提供することを含むことを特徴とする、請求項40に記載の方法。   41. The method of claim 40, wherein providing a plurality of quantum wells in the base region comprises providing a plurality of quantum wells having a thickness of approximately 100 angstroms or less. 前記ベース領域に量子井戸を提供する工程が、前記ベース領域の材料のバンドギャップよりも狭いバンドギャップを有する材料の量子井戸を提供することを含むことを特徴とする、請求項37又は請求項38に記載の方法。   39. The step of providing a quantum well in the base region includes providing a quantum well of a material having a narrower band gap than that of the material of the base region. The method described in 1. 前記ベース領域を適合させる工程が、前記ベース領域を光空洞に配置することを含むことを特徴とする、請求項35に記載の方法。   36. The method of claim 35, wherein adapting the base region comprises disposing the base region in an optical cavity. 前記ベース領域を適合させる工程が、前記ベース領域を光空洞に配置することを更に含むことを特徴とする、請求項36又は請求項37に記載の方法。   38. A method according to claim 36 or claim 37, wherein adapting the base region further comprises placing the base region in an optical cavity. 前記エミッタ、ベース、及びコレクタ領域が縦方向の層構造で提供され、及び前記ベース領域を適合させる工程が、前記ベース領域を横方向の光空洞に配置することを含むことを特徴とする、請求項35に記載の方法。   The emitter, base, and collector regions are provided in a vertical layer structure, and adapting the base region includes disposing the base region in a lateral optical cavity. Item 36. The method according to Item 35. 前記エミッタ、ベース、及びコレクタ領域が縦方向の層構造で提供され、及び前記ベース領域を適合させる工程が、前記ベース領域を縦方向の光空洞に配置することを含むことを特徴とする、請求項35に記載の方法。   The emitter, base, and collector regions are provided in a vertical layer structure, and adapting the base region includes disposing the base region in a vertical optical cavity. Item 36. The method according to Item 35. 前記ベース領域を適合させる工程が、光学的放射が一部透過する反射器を含む光空洞に前記ベース領域を配置することを含むことを特徴とする、請求項35に記載の方法。   36. The method of claim 35, wherein adapting the base region includes placing the base region in an optical cavity that includes a reflector through which optical radiation is partially transmitted. 前記ベース領域を適合させる工程が、完全に反射する光空洞内に前記ベース領域を配置することを含むことを特徴とする、請求項36に記載の方法。   37. The method of claim 36, wherein adapting the base region comprises placing the base region in a fully reflective optical cavity. 前記ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタを提供する工程が、InPトランジスタに、重くドープされたp型InPベース領域のドープされていないInGaAs量子井戸を提供することを含むことを特徴とする、請求項37に記載の方法。   38. The method of claim 37, wherein providing the heterojunction bipolar transistor includes providing the InP transistor with an undoped InGaAs quantum well in a heavily doped p-type InP base region. Method. 前記ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタを提供する工程が、InPトランジスタに、重くドープされたp型InGaAsPベース領域のドープされていないInGaAs量子井戸を提供することを含むことを特徴とする、請求項37に記載の方法。   38. The method of claim 37, wherein providing the heterojunction bipolar transistor comprises providing the InP transistor with an undoped InGaAs quantum well in a heavily doped p-type InGaAsP base region. Method. 前記ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタを提供する工程が、InPトランジスタに、重くドープされたp型InPベース領域のドープされていないGaAsSb量子井戸を提供することを含むことを特徴とする、請求項37に記載の方法。   38. The method of claim 37, wherein providing the heterojunction bipolar transistor comprises providing an InP transistor with an undoped GaAsSb quantum well in a heavily doped p-type InP base region. Method. 前記ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタを提供する工程が、InPトランジスタに、重くドープされたp型GaAsSbベース領域のドープされていないInGaAs量子井戸を提供することを含むことを特徴とする、請求項37に記載の方法。   38. The method of claim 37, wherein providing the heterojunction bipolar transistor comprises providing an InP transistor with an undoped InGaAs quantum well in a heavily doped p-type GaAsSb base region. Method. 前記ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタを提供する工程が、GaAsトランジスタに、重くドープされたp型GaAsベース領域のドープされていないInGaAs量子井戸を提供することを含むことを特徴とする、請求項37に記載の方法。   38. The method of claim 37, wherein providing the heterojunction bipolar transistor comprises providing the GaAs transistor with an undoped InGaAs quantum well in a heavily doped p-type GaAs base region. Method. コレクタ、ベース、及びエミッタ領域を有するヘテロジャンクションバイポーラトランジスタと、
前記ベース領域の少なくとも1つの量子井戸と、
電気信号と前記コレクタ、ベース、及びエミッタ領域を結合する手段を含むことを特徴とする半導体素子。
A heterojunction bipolar transistor having a collector, base, and emitter region;
At least one quantum well in the base region;
A semiconductor device comprising means for coupling an electrical signal to the collector, base, and emitter regions.
前記少なくとも1つの量子井戸が、およそ100オングストローム以下の厚さを有することを特徴とする、請求項54に記載の素子。   55. The device of claim 54, wherein the at least one quantum well has a thickness of about 100 angstroms or less. 前記ベース領域の前記少なくとも1つの量子井戸が、前記ベース領域に、間隔をあけた複数の量子井戸を含むことを特徴とする、請求項54に記載の素子。   55. The device of claim 54, wherein the at least one quantum well in the base region includes a plurality of spaced apart quantum wells in the base region. 前記複数の量子井戸が、それぞれおよそ100オングストローム以下の厚さを有することを特徴とする、請求項56に記載の素子。   57. The device of claim 56, wherein each of the plurality of quantum wells has a thickness of about 100 angstroms or less. 前記ベース領域の周りに光空洞を更に含むことを特徴とする、請求項54に記載の素子。   55. The device of claim 54, further comprising an optical cavity around the base region. コレクタ、ベース、及びエミッタ領域を有するヘテロジャンクションバイポーラトランジスタと、
電気信号と前記コレクタ、ベース、及びエミッタ領域を結合する手段と、
前記ベース領域の周りの光空洞を含むことを特徴とする半導体素子。
A heterojunction bipolar transistor having a collector, base, and emitter region;
Means for coupling the electrical signal with the collector, base, and emitter regions;
A semiconductor device comprising an optical cavity around the base region.
コレクタ領域とエミッタ領域間に重くドープされたベース領域を有する間接バンドギャップ半導体材料のヘテロジャンクションバイポーラトランジスタと、
電気信号と前記コレクタ、ベース、及びエミッタ領域を結合する手段と、
自然放射の不利益に対して誘導放射を強化するために前記ベース領域を適合させ、それにより前記ベース領域のキャリア再結合寿命を削減する手段を含むことを特徴とする半導体素子。
A heterojunction bipolar transistor of indirect bandgap semiconductor material having a heavily doped base region between the collector region and the emitter region;
Means for coupling the electrical signal with the collector, base, and emitter regions;
A semiconductor device comprising means for adapting the base region to enhance stimulated radiation against the disadvantages of natural radiation, thereby reducing the carrier recombination lifetime of the base region.
コレクタ領域とエミッタ領域の間にベース領域を有するバイポーラトランジスタと、
電気信号と前記コレクタ、ベース、及びエミッタ領域を結合する手段と、
前記ベース領域に複数の間隔をあけた量子サイズ領域を含み、前記複数の量子サイズ領域の少なくともいくつかが異なる厚さを有することを特徴とする半導体素子。
A bipolar transistor having a base region between the collector region and the emitter region;
Means for coupling the electrical signal with the collector, base, and emitter regions;
A semiconductor device comprising a plurality of quantum size regions spaced apart from each other in the base region, wherein at least some of the plurality of quantum size regions have different thicknesses.
前記量子サイズ領域が量子井戸であることを特徴とする、請求項61に記載の素子。   62. The device of claim 61, wherein the quantum size region is a quantum well. 前記量子サイズ領域が量子ドット領域であることを特徴とする、請求項61に記載の素子。   62. The device of claim 61, wherein the quantum size region is a quantum dot region. 前記量子サイズ領域の少なくとも1つが量子井戸であり、及び前記量子サイズ領域の少なくとも1つが量子ドット領域であることを特徴とする、請求項61に記載の素子。   62. The device of claim 61, wherein at least one of the quantum size regions is a quantum well, and at least one of the quantum size regions is a quantum dot region. 前記バイポーラトランジスタがヘテロジャンクションバイポーラトランジスタであることを特徴とする、請求項61に記載の素子。   62. The device of claim 61, wherein the bipolar transistor is a heterojunction bipolar transistor. 異なる厚さを有する前記複数の量子サイズ領域の前記少なくともいくつかが、少なくとも10オングストロームごとに厚さが異なることを特徴とする、請求項61に記載の素子。   62. The device of claim 61, wherein the at least some of the plurality of quantum size regions having different thicknesses differ in thickness every at least 10 angstroms. 異なる厚さを有する前記複数の量子井戸の前記少なくともいくつかが、少なくとも10オングストロームごとに厚さが異なることを特徴とする、請求項62に記載の素子。   64. The device of claim 62, wherein the at least some of the plurality of quantum wells having different thicknesses differ in thickness every at least 10 angstroms. 前記複数の量子サイズ領域が、前記コレクタ領域に比較的近接した第1の量子サイズ領域と前記エミッタ領域に比較的近接した第2の量子サイズ領域を含み、及び前記第1の量子サイズ領域が前記第2の量子サイズ領域より厚いことを特徴とする、請求項61に記載の方法。   The plurality of quantum size regions includes a first quantum size region relatively close to the collector region and a second quantum size region relatively close to the emitter region, and the first quantum size region is the 62. The method of claim 61, wherein the method is thicker than the second quantum size region. 前記複数の量子井戸が、前記コレクタ領域に比較的近接した第1の量子井戸と前記エミッタ領域に比較的近接した第2の量子井戸を含み、及び前記第1の量子井戸が前記第2の量子井戸より厚いことを特徴とする、請求項62に記載の方法。   The plurality of quantum wells includes a first quantum well relatively close to the collector region and a second quantum well relatively close to the emitter region, and the first quantum well is the second quantum well. 64. The method of claim 62, wherein the method is thicker than the well. 前記第1の量子サイズ領域が、前記第2の量子サイズ領域より少なくとも10オングストローム厚いことを特徴とする、請求項68に記載の素子。   69. The device of claim 68, wherein the first quantum size region is at least 10 angstroms thicker than the second quantum size region. 前記第1の量子井戸が、前記第2の量子井戸より少なくとも10オングストローム厚いことを特徴とする、請求項68に記載の素子。   69. The device of claim 68, wherein the first quantum well is at least 10 angstroms thicker than the second quantum well. 前記ベース領域がp型半導体であることを特徴とする、請求項70又は請求項71に記載の素子。   72. The device of claim 70 or 71, wherein the base region is a p-type semiconductor. 前記ベース領域が大いにドープされたp型の間接バンドギャップ半導体であり、及び前記量子サイズ領域が、前記ベース領域の材料より広いバンドギャップ材料製であることを特徴とする、請求項70に記載の素子。   71. The base of claim 70, wherein the base region is a heavily doped p-type indirect bandgap semiconductor and the quantum size region is made of a wider bandgap material than the material of the base region. element. 前記ベース領域が大いにドープされたp型の間接バンドギャップ半導体であり、及び前記量子井戸が前記ベース領域の材料より広いバンドギャップ材料製であることを特徴とする、請求項71に記載の素子。   72. The device of claim 71, wherein the base region is a heavily doped p-type indirect bandgap semiconductor and the quantum well is made of a wider bandgap material than the material of the base region. 前記量子サイズ領域が実質上ドープされないことを特徴とする、請求項73に記載の素子。   74. The device of claim 73, wherein the quantum size region is substantially undoped. 前記量子井戸が実質上ドープされないことを特徴とする、請求項74に記載の素子。   75. The device of claim 74, wherein the quantum well is substantially undoped. エミッタ、ベース、及びコレクタ領域を有するバイポーラトランジスタを提供し、
電気信号と前記エミッタ、ベース、及びコレクタ領域を結合する電極を提供し、及び
前記ベース領域に、前記コレクタ領域に比較的近接した第1の量子サイズ領域と前記エミッタ領域に比較的近接した第2の量子サイズ領域を提供することにより前記エミッタ領域から前記コレクタ領域へのキャリア輸送を促進するために前記ベース領域を適合させる工程を含み、及び前記第1の量子サイズ領域が前記第2の量子サイズ領域より厚いことを特徴とする、バイポーラ光放射トランジスタの動作を向上させる方法。
Providing a bipolar transistor having an emitter, base, and collector region;
Providing an electrode for coupling an electrical signal to the emitter, base, and collector regions; and a second quantum region relatively close to the emitter region and a first quantum size region relatively close to the collector region. Adapting the base region to facilitate carrier transport from the emitter region to the collector region by providing a quantum size region, and wherein the first quantum size region is the second quantum size A method for improving the operation of a bipolar light emitting transistor, characterized in that it is thicker than the region.
前記量子サイズ領域を提供する工程が、量子井戸を提供することを含むことを特徴とする、請求項77に記載の方法。   78. The method of claim 77, wherein providing the quantum size region comprises providing a quantum well. 前記量子サイズ領域を提供する工程が、量子ドット領域を提供することを含むことを特徴とする、請求項77に記載の方法。   78. The method of claim 77, wherein providing the quantum size region comprises providing a quantum dot region. 前記量子サイズ領域を提供する工程が、量子井戸と量子ドット領域を提供することを含むことを特徴とする、請求項77に記載の方法。   78. The method of claim 77, wherein providing the quantum size region comprises providing a quantum well and a quantum dot region. 前記バイポーラ光放射トランジスタを提供する工程が、ヘテロジャンクションバイポーラ光放射トランジスタを提供することを含むことを特徴とする、請求項77に記載の方法。   78. The method of claim 77, wherein providing the bipolar light emitting transistor comprises providing a heterojunction bipolar light emitting transistor. エミッタ、ベース、及びコレクタ領域を有するバイポーラ光放射トランジスタを提供し、
電気信号と前記エミッタ、ベース、及びコレクタ領域を結合する電極を提供し、及び
前記ベース領域に、厚さの異なるいくつかの間隔をあけた量子サイズ領域を提供することにより前記エミッタ領域からコレクタ領域へのキャリア輸送を促進するために前記ベース領域を適合させる工程を含み、及び
前記量子サイズ領域の厚さが、前記コレクタ付近の最も厚いものから前記エミッタ付近の最も薄いものまで格付けられることを特徴とする、バイポーラ光放射トランジスタの動作を向上させる方法。
Providing a bipolar light emitting transistor having an emitter, base, and collector region;
Providing an electrode that couples an electrical signal with the emitter, base, and collector regions; and providing the base region with a plurality of spaced quantum size regions of different thicknesses from the emitter region to the collector region Adapting the base region to facilitate carrier transport to, and wherein the thickness of the quantum size region is rated from the thickest near the collector to the thinnest near the emitter A method for improving the operation of a bipolar light emitting transistor.
前記量子サイズ領域を提供する工程が、量子井戸を提供することを含むことを特徴とする、請求項82に記載の方法。   84. The method of claim 82, wherein providing the quantum size region comprises providing a quantum well. 前記量子サイズ領域を提供する工程が、量子ドット領域を提供することを含むことを特徴とする、請求項82に記載の方法。   The method of claim 82, wherein providing the quantum size region comprises providing a quantum dot region. 前記量子サイズ領域を提供する工程が、少なくとも1つの量子井戸と少なくとも1つの量子ドット領域を提供することを含むことを特徴とする、請求項82に記載の方法。   83. The method of claim 82, wherein providing the quantum size region comprises providing at least one quantum well and at least one quantum dot region. 前記バイポーラ光放射トランジスタを提供する工程が、ヘテロジャンクションバイポーラ光放射トランジスタを提供することを含むことを特徴とする、請求項82に記載の方法。   83. The method of claim 82, wherein providing the bipolar light emitting transistor comprises providing a heterojunction bipolar light emitting transistor. コレクタ領域とエミッタ領域の間にベース領域を有するヘテロジャンクションバイポーラトランジスタと、
電気信号と前記コレクタ、ベース、及びエミッタ領域を結合する手段と、
前記ベース領域の複数の間隔をあけた量子サイズ領域を含み、前記複数の量子サイズ領域の少なくともいくつかが異なる厚さを有することを特徴とする、半導体光放射素子。
A heterojunction bipolar transistor having a base region between the collector region and the emitter region;
Means for coupling the electrical signal with the collector, base, and emitter regions;
A semiconductor light emitting device comprising a plurality of spaced quantum size regions of the base region, wherein at least some of the plurality of quantum size regions have different thicknesses.
前記量子サイズ領域が量子井戸であることを特徴とする、請求項87に記載の素子。   88. The device of claim 87, wherein the quantum size region is a quantum well. 前記量子サイズ領域が量子ドット領域であることを特徴とする、請求項87に記載の素子。   88. The device of claim 87, wherein the quantum size region is a quantum dot region. 前記量子サイズ領域の少なくとも1つが量子井戸であり、及び前記量子サイズ領域の少なくとも1つが量子ドット領域であることを特徴とする、請求項87に記載の素子。   88. The device of claim 87, wherein at least one of the quantum size regions is a quantum well, and at least one of the quantum size regions is a quantum dot region. 前記異なる厚さを有する複数の量子サイズ領域の前記少なくともいくつかが、少なくとも10オングストロームごとに厚さが異なることを特徴とする、請求項87に記載の素子。   88. The device of claim 87, wherein the at least some of the plurality of quantum size regions having the different thicknesses differ in thickness every at least 10 angstroms. 前記複数の量子サイズ領域が、前記コレクタ領域に比較的近接した第1の量子サイズ領域と前記エミッタ領域に比較的近接した第2の量子サイズ領域を含み、及び前記第1の量子サイズ領域が前記第2の量子サイズ領域より厚いことを特徴とする、請求項87に記載の方法。   The plurality of quantum size regions includes a first quantum size region relatively close to the collector region and a second quantum size region relatively close to the emitter region, and the first quantum size region is the 88. The method of claim 87, wherein the method is thicker than the second quantum size region. 前記第1の量子サイズ領域が、前記第2の量子サイズ領域より少なくとも10オングストローム厚いことを特徴とする、請求項92に記載の素子。   93. The device of claim 92, wherein the first quantum size region is at least 10 angstroms thicker than the second quantum size region.
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