JP5789597B2 - 発光半導体方法および素子 - Google Patents
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Description
Light-Emitting Transistor: Light Emission From InGaP/GaAs Heterojunction
Bipolar Transistors, M. Feng, N. Holonyak, Jr., and W. Hafez, Appl. Phys. Lett.
84, 151 (2004); Quantum-Well-Base Heterojunction Bipolar Light- Emitting
Transistor, M. Feng, N. Holonyak, Jr., and R. Chan, Appl. Phys. Lett. 84, 1952
(2004); Type-ll GaAsSb/lnP Heterojunction Bipolar Light- Emitting Transistor,
M. Feng, N. Holonyak, Jr., B. Chu-Kung, G. Walter, and R. Chan, Appl. Phys.
Lett. 84, 4792 (2004); Laser Operation Of A Heterojunction Bipolar
Light-Emitting Transistor, G. Walter, N. Holonyak, Jr., M. Feng, and R. Chan,
Appl. Phys. Lett. 85, 4768 (2004); Microwave Operation And Modulation Of A
Transistor Laser, R. Chan, M. Feng, N. Holonyak, Jr., and G. Walter, Appl.
Phys. Lett. 86, 131114 (2005); Room Temperature Continuous Wave Operation Of A
Heterojunction Bipolar Transistor Laser, M. Feng, N. Holonyak, Jr., G. Walter,
and R. Chan, Appl. Phys. Lett. 87, 131103 (2005); Visible Spectrum
Light-Emitting Transistors, F. Dixon, R. Chan, G. Walter, N. Holonyak, Jr., M.
Feng, X. B. Zhang, J. H. Ryou, and R. D. Dupuis, Appl. Phys. Lett. 88, 012108
(2006); The Transistor Laser, N. Holonyak and M Feng, Spectrum, IEEE Volume 43,
Issue 2, Feb. 2006; Signal Mixing In A Multiple Input Transistor Laser Near
Threshold, M. Feng, N. Holonyak, Jr., R. Chan, A. James, and G. Walter, Appl.
Phys. Lett. 88, 063509 (2006); and Collector Current Map Of Gain And Stimulated
Recombination On The Base Quantum Well Transitions Of A Transistor Laser, R.
Chan, N. Holonyak, Jr., A. James , and G. Walter, Appl. Phys. Lett. 88, 14508
(2006); Collector Breakdown In The Heterojunction Bipolar Transistor Laser, G.
Walter, A. James, N. Holonyak, Jr., M. Feng, and R. Chan, Appl. Phys. Lett. 88,
232105 (2006); High-Speed (/spl ges/1 GHz) Electrical And Optical Adding,
Mixing, And Processing Of Square-Wave Signals With A Transistor Laser, M. Feng,
N. Holonyak, Jr., R. Chan, A. James, and G. Walter, Photonics Technology
Letters, IEEE Volume: 18 Issue: 11 (2006); Graded-Base InGaN/GaN Heterojunction
Bipolar Light-Emitting Transistors, B. F. Chu-Kung et al., Appl. Phys. Lett.
89, 082108 (2006); Carrier Lifetime And Modulation Bandwidth Of A Quantum Well
AIGaAs/lnGaP/GaAs/lnGaAs Transistor Laser, M. Feng, N. Holonyak, Jr., A. James,
K. Cimino, G. Walter, and R. Chan, Appl. Phys. Lett. 89, 113504 (2006); Chirp
In A Transistor Laser, Franz-Keldysh Reduction of The Linewidth Enhancement, G.
Walter, A. James, N. Holonyak, Jr., and M. Feng, Appl. Phys. Lett. 90, 091109
(2007); Photon-Assisted Breakdown, Negative Resistance, And Switching In A
Quantum-Well Transistor Laser, A. James,
G.Walter, M. Feng, and N. Holonyak, Jr., Appl. Phys. Lett. 90, 152109 (2007);
Franz-Keldysh Photon-Assisted Voltage-Operated Switching of a Transistor Laser,
A. James, N. Holonyak, M. Feng, and G. Walter, Photonics Technology Letters,
IEEE Volume: 19 Issue: 9 (2007); Experimental Determination Of The Effective
Minority Carrier Lifetime In The Operation Of A Quantum-Well n-p-n
Heterojunction Bipolar Light-Emitting Transistor Of Varying Base Quantum-Well
Design And Doping; H.W. Then, M. Feng, N. Holonyak, Jr., and C. H. Wu, Appl.
Phys. Lett. 91 , 033505 (2007); Charge Control Analysis Of Transistor Laser
Operation, M. Feng, N. Holonyak, Jr., H. W. Then, and G. Walter, Appl. Phys.
Lett. 91, 053501 (2007); Optical Bandwidth Enhancement By Operation And
Modulation Of The First Excited State Of A Transistor Laser, H. W. Then, M.
Feng, and N. Holonyak, Jr., Appl. Phys. Lett. 91, 183505 (2007); Modulation Of
High Current Gain ([beta]>49) Light-Emitting InGaN/GaN Heterojunction Bipolar
Transistors, B. F. Chu- Kung, C. H. Wu, G. Walter, M. Feng, N. Holonyak, Jr.,
T. Chung, J.-H. Ryou, and R. D. Dupuis, Appl. Phys. Lett. 91 , 232114 (2007);
Collector Characteristics And The Differential Optical Gain Of A Quantum-Well
Transistor Laser, H. W. Then, G. Walter, M. Feng, and N. Holonyak, Jr., Appl.
Phys. Lett. 91 , 243508 (2007); Transistor Laser With Emission Wavelength at
1544 nm, F. Dixon, M. Feng, N. Holonyak, Jr., Yong Huang, X. B. Zhang, J. H.
Ryou, and R. D. Dupuis, Appl. Phys. Lett. 93, 021111 (2008); and Optical
Bandwidth Enhancement Of Heterojunction Bipolar Transistor Laser Operation With
An Auxiliary Base Signal, H.W. Then, G. Walter, M. Feng, and N. Holonyak, Jr.
Appl. Phys. Lett. 93, 163504 (2008).
E. Yablonovitch and W. Wang, Appl. Phys. Lett. 74, 3140 (1999))。特に、LEDまたはRCLEDのような高効率自発素子は、1Gbits/sより低い、自発光送信機(LEDおよびRCLED)の実際の商業的応用に制限すると、1GHzより低いバンド幅で動作する。
determination of the effective minority carrier lifetime in the operation of a
quantum-well n-p-n heterojunction bipolar light- emitting transistor of varying
base quantum-well design and doping," Appl. Phys. Lett., vol. 91 , 033505,
2007; G. Walter, C. H. Wu, H. W. Then, M. Feng, and N. Holonyak, Jr., "4.3
GHz optical bandwidth light emitting transistor," (submitted to Appl.
Phys. Lett.), 2009, supra)。実際、HBTの固有高速度に関わらず、HBLETのマイクロ波性能は、外部の固有キャリア転送効果を含む因子と、従来の高速HBL素子の中で存在しない、(酸化物開口部のような)光抽出特性を含む必要により、寄生電気容量によって制限される。
and Semimetals, Vol. 48, Academic Press, San Diego, CA, p. 56 (1997))。光出力の広いスペクトル特性(グラフ(b)の差し込み図参照;FWHM=76nm)は、HBLET動作の自発再結合の幅の指標である。この例のHBLETは共鳴空洞を組み込まなく、共鳴空洞の使用は実質的に光出力抽出を増加することが理解される。
Electron Devices Meeting (IEDM), pp. 663-666 (2007)。
107 コレクタ電極または接点金属化
110 n型GaAsコレクタ領域
120 p+AlGaAs/GaAsベース領域
122 ベース接点金属化
126 n型InGaAs量子井戸(QW)
130 n型InGaPエミッタ層
140 n型AlGaAs開口部層
141 環状酸化物
150 n+GaAs金属被覆層
152 エミッタ接点金属化
307 コレクタ抵抗
308 コレクタ電流成分
320 ベース抵抗
330 エミッタ抵抗
340 ベース/エミッタ電圧の空間成分
905 n+サブコレクタ層
907 コレクタ電極または接点金属化
910 n型コレクタ領域
920 p+ベース領域
922 ベース接点
926 量子井戸
930 n型エミッタ層
950 n+エミッタ金属被覆
952 エミッタ接点
1007 コレクタ抵抗
1008 コレクタ電流成分
1020 ベース抵抗
1030 エミッタ抵抗
1040 ベース/エミッタ電圧の空間成分
1433 n型ドレイン領域
1434 n型サブドレイン
1440 p型ベース領域
1441 量子サイズ領域
1450 n型エミッタ領域
1453 エミッタ接点
1460 エミッタ金属被覆および接点領域
1470 金属性接点
1491 正のバイアス電圧
1492 AC電圧
1930 p+層
1931 n+層
2105 n+GaAsサブコレクタ領域
2107 コレクタ接点金属化
2110 n型GaAsコレクタ領域
2120 p+AlGaAs/GaAsベース領域
2122 ベース接点金属化
2130 n型InGaPエミッタ層
2140 n型AlGaAs開口部層
2150 n+GaAs金属被膜層
2152 エミッタ接点金属化
2905 n+GaAsサブドレイン
2910 n型ドレイン領域
2920 p+AlGaAs/GaAsベース領域
2930 n型InGaPエミッタ層
2940 光学n型AlGaAs開口部層
2950 n+GaAs金属被膜層
2952 エミッタ電極金属
2960 ベース/ドレイン電極金属
Claims (18)
- 改善された効率で2端子半導体素子から光放射を生成する方法であって、
少なくとも1つのドレイン層を備える半導体ドレイン領域、前記ドレイン領域上に配置され、少なくとも1つのベース層を含む半導体ベース領域、および前記ベース領域の部分上に配置され、少なくとも1つのエミッタ層を含むエミッタメサであって、実質的に直線的な表面部分を有するエミッタメサを備える半導体エミッタ領域を含む層構造の半導体構造を提供するステップと、
前記ベース領域上に量子サイズ効果を示す少なくとも1つの領域を提供するステップと、
前記ベース領域の露出した表面上の第1の部分と前記ドレイン領域に連結されたさらなる部分とを有するベース/ドレイン電極を提供し、前記エミッタ領域の表面上にエミッタ電極を提供するステップと、
前記ベース領域から前記光放射を生成するため前記ベース/ドレインおよびエミッタ電極に対して信号を印加するステップと、
前記ベース/ドレイン電極の前記第1の部分と前記エミッタ電極との間の領域内に前記光放射のための光学空洞を提供するステップと、
これらの領域の間で電圧分布の実質的な一様性のため、前記ベース/ドレインおよびエミッタ電極を構成するステップであって、前記構成するステップは、線形導電片を対向することで、前記エミッタ電極と前記ベース電極の前記第1の部分を提供するステップを含み、前記エミッタ電極は、前記エミッタメサの前記表面部分の1つの側に沿って提供され、前記ベース電極の前記第1の部分は、前記エミッタメサ表面部分の反対側近接の前記ベース領域表面の部分上に提供され、前記構成するステップは、前記対向する線形導電片の間の領域に合わせるように前記光学空洞を構成する、ステップと、
を含む、方法。 - 線形導電片を対向することで、前記エミッタ電極と前記ベース/ドレイン電極の前記第1の部分を提供するステップは、実質的に同じ長さを有する前記導電片を提供するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 線形導電片を対向することで、前記エミッタ電極と前記ベース/ドレイン電極の前記第1の部分を提供するステップは、異なる長さを有する前記導電片を提供するステップをさらに含み、前記片間のエミッタメサの表面は台形である、請求項1に記載の方法。
- 前記ベース領域上に量子サイズ効果を示す領域を提供するステップは、少なくとも1つの量子井戸を提供するステップを含む、請求項1から3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ベース領域の少なくとも部分を囲む光学共鳴空洞を提供するステップをさらに含み、前記光放射はレーザ放射を備える、請求項1から4のいずれか1項に記載の方法。
- 改善された効率で3端子半導体素子から光放射を生成する方法であって、
少なくとも1つのコレクタ層を備える半導体コレクタ領域、前記コレクタ領域上に配置され、少なくとも1つのベース層を含む半導体ベース領域、および前記ベース領域の部分上に配置され、少なくとも1つのエミッタ層を含むエミッタメサであって、実質的に直線的な表面部分を有するエミッタメサを備える半導体エミッタ領域を含む層構造の半導体構造を提供するステップと、
前記ベース領域上に量子サイズ効果を示す少なくとも1つの領域を提供するステップと、
前記コレクタ領域上にコレクタ電極を提供し、前記ベース領域の露出した表面上にベース電極を提供し、前記エミッタ領域の表面上にエミッタ電極を提供するステップと、
前記ベース領域から光放射を得るため前記コレクタ、ベースおよびエミッタ電極に対して信号を印加するステップと、
前記ベース電極と前記エミッタ電極との間の領域内に前記光放射のための光学空洞を提供するステップと、
これらの領域の間で電圧分布の実質的な一様性のため、前記ベースとエミッタ電極を構成するステップであって、前記構成するステップは、線形導電片を対向することで、前記エミッタ電極と前記ベース電極を提供するステップを含み、前記エミッタ電極は、前記エミッタメサの前記表面部分の1つの側に沿って提供され、前記ベース電極は、前記エミッタメサ表面部分の反対側近接の前記ベース領域表面の部分上に提供され、前記構成するステップは、前記対向する線形導電片の間の領域に合わせるように前記光学空洞を構成する、ステップと、
を含む、方法。 - 線形導電片を対向することで、前記エミッタ電極と前記ベース電極を提供するステップは、実質的に同じ長さを有する前記導電片を提供するステップをさらに含む、請求項6に記載の方法。
- 線形導電片を対向することで、前記エミッタ電極と前記ベース電極を提供するステップは、異なる長さを有する前記導電片を提供するステップをさらに含み、前記片間の前記エミッタメサの表面は台形である、請求項6に記載の方法。
- 前記ベース領域上に量子サイズ効果を示す領域を提供するステップは、少なくとも1つの量子井戸を提供するステップを含む、請求項6から8のいずれか1項に記載の方法。
- 電気信号に応答して光放射を生成する2端子発光半導体素子であって、
少なくとも1つのドレイン層を備える半導体ドレイン領域、前記ドレイン領域上に配置され、少なくとも1つのベース層を含む半導体ベース領域、および前記ベース領域の部分上に配置され、少なくとも1つのエミッタ層を含むエミッタメサであって、実質的に直線的な表面部分を有するエミッタメサを備える半導体エミッタ領域を含む層構造の半導体構造であって、前記ベース領域は、量子サイズ効果を示す少なくとも1つの領域を含む、半導体構造と、
前記ベース領域の露出した表面上に接するフランジ部分と前記ドレイン領域に接するさらなる部分とを有するベース/ドレイン電極と、前記エミッタ領域の表面上のエミッタ電極であって、前記電気信号は、前記ベース/ドレインおよびエミッタ電極に対して印加されて前記ベース領域から光放射を引き起こす、前記ベース/ドレインおよびエミッタ電極と、
前記エミッタ電極および前記ベース/ドレインの前記フランジ部分間の領域内の前記光放射のための光学空洞と、を備え、
前記ベース/ドレインおよびエミッタ電極は、前記電極間の領域内で電圧分布の実質的な一様性のため構成され、
前記エミッタ電極と前記ベース電極の前記フランジ部分は、線形導電片を対向することで提供され、前記エミッタ電極は、前記エミッタメサの前記表面部分の1つの側に沿って提供され、前記ベース電極の前記フランジ部分は、前記エミッタメサ表面部分の反対側近接の前記ベース領域表面の部分上に提供され、前記光学空洞は、前記対向する線形導電片の間の領域に合わせるように構成される、素子。 - 前記線形導電片は、実質的に同じ長さを有する、請求項10に記載の素子。
- 前記対向する線形導電片は、異なる長さを有し、前記片間の前記エミッタメサの表面は台形である、請求項10に記載の素子。
- 前記量子サイズ効果を示す領域は、少なくとも1つの量子井戸を備える、請求項10から12のいずれか1項に記載の素子。
- 前記ドレイン領域はn+層とp+層を備えるトンネル接合を備え、前記p+層は前記ベース領域に近接する、請求項10から13のいずれか1項に記載の素子。
- 電気信号に応答して光放射を生成する3端子発光半導体素子であって、
少なくとも1つのコレクタ層を備える半導体コレクタ領域、前記コレクタ領域上に配置され、少なくとも1つのベース層を含む半導体ベース領域、および前記ベース領域の部分上に配置され、少なくとも1つのエミッタ層を含むエミッタメサであって、実質的に直線的な表面部分を有するエミッタメサを備える半導体エミッタ領域を含む層構造の半導体構造であって、前記ベース領域は、量子サイズ効果を示す少なくとも1つの領域を含む、半導体構造と、
前記コレクタ領域上にコレクタ電極、前記ベース領域の露出した表面上にベース電極、及び前記エミッタ領域の表面上にエミッタ電極であって、前記電気信号は、前記コレクタ、ベースおよびエミッタ電極に対して印加されて前記ベース領域から光放射を引き起こす、前記ベース/ドレインおよびエミッタ電極と、
前記ベース電極および前記エミッタ電極間の領域内に前記光放射のための光学空洞と、
を備え、
前記ベースおよびエミッタ電極は、前記電極間の領域で電圧分布の実質的な一様性を得るように構成され、
前記エミッタ電極と前記ベース電極は、線形導電片を対向することで提供され、前記エミッタ電極は、前記エミッタメサの前記表面部分の1つの側に沿って提供され、前記ベース電極は、前記エミッタメサ表面部分の反対側近接の前記ベース領域表面の部分上に提供され、前記光学空洞は、前記対向する線形導電片の間の領域に合わせるように構成される、素子。 - 前記対向する線形導電は実質的に同じ長さを有する、請求項15に記載の素子。
- 前記対向する線形導電片は異なる長さを有し、前記片間のエミッタメサの表面は台形である、請求項15に記載の素子。
- 量子サイズ効果を示す前記領域は、少なくとも1つの量子井戸を備える、請求項15から17のいずれか1項に記載の素子。
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