[发明专利]发光及激光半导体的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于响应于电信号而产生光发射及激光发射的方法及装置。本发明也涉及用于用改进的效率及速度从半导体装置产生光发射及激光发射的方法及装置，且关于增大来自半导体发光装置的光输出。

背景技术

本发明背景的一部分在于作为发光晶体管及晶体管激光而操作的异质结双极性晶体管的发展。举例来说，可参考美国专利案第7,091,082、7,286,583、7,354,780、7,535,034及7,693,195号；美国专利申请公开案第US2005/0040432、US2005/0054172、US2008/0240173、US2009/0134939、US2010/0034228、US2010/0202483及US2010/0202484号；及参考PCT国际专利公开案第WO/2005/020287及WO/2006/093883号。也可参考以下出版物：《Appl.Phys.Lett.84，151(2004)》M.Feng、N.Holonyak、Jr及W.Hafez的“来自InGaP/GaAs异质结双极性晶体管的光发射”(Light Emission From InGaP/GaAs Heterojunction Bipolar Transistors))；《Appl.Phys.Lett.84，1952(2004)》M.Feng、N.Holonyak、Jr.及R.Chan的“量子阱基异质结双极性发光晶体管”(Quantum-Well-Base Heterojunction Bipolar Light-Emitting Transistor))；《Appl.Phys.Lett.84，4792(2004)》M.Feng、N.Holonyak、Jr.、B.Chu-Kung、G.Walter及R.Chan的“II类型GaAsSb/InP异质结双极性发光晶体管”(Type-II GaAsSb/InP Heterojunction Bipolar Light-Emitting Transistor)；《Appl.Phys.Lett.85，4768(2004)》G.Walter、N.Holonyak、Jr、M.Feng及R.Chan的“异质结双极性发光晶体管的激光操作”(Laser Operation OfAHeterojunction Bipolar Light-Emitting Transistor)；《Appl.Phys.Lett.86，131114(2005)》R.Chan、M.Feng、N.Holonyak、Jr.及G.Walter的“晶体管激光的微波操作及调制”(Microwave Operation And Modulation Of A Transistor Laser)；《Appl.Phys.Lett.87，131103(2005)》M.Feng、N.Holonyak、Jr.、G.Walter及R.Chan的“异质结双极性发光晶体管的室温连续波操作”(Room Temperature Continuous Wave Operation Of AHeterojunction Bipolar Transistor Laser)；《Appl.Phys.Lett.88，012108(2006)》F.Dixon、R.Chan、G.Walter、N.Holonyak、Jr.、M.Feng、X.B.Zhang、J.H.Ryou及R.D.Dupuis的“可见光谱发光晶体管”(Visible Spectrum Light-Emitting Transistors))；在2006年2月《Spectrum，IEEE第43卷第2期》N.Holonyak及M Feng的“晶体管激光”(The Transistor Laser)；《Appl.Phys.Lett.88，063509(2006)》M.Feng、N.Holonyak、Jr.、R.Chan、A.James及G.Walter的“在接近阈值的多个输入晶体管激光内的信号混合”(Signal Mixing InA Multiple Input Transistor Laser Near Threshold)；及《Appl.Phys.Lett.88，14508(2006)》R.Chan、N.Holonyak、Jr.、A.James及G.Walter的“在晶体管激光的基极量子阱转变上的增益及激励再结合的集电极电流图”(Collector Current Map Of Gain And Stimulated Recombination On The Base Quantum Well Transitions Of A Transistor Laser)；《Appl.Phys.Lett.88，232105(2006)》G.Walter、A.James、N.Holonyak、Jr.、M.Feng及R.Chan的“异质结双极性晶体管激光内的集电极击穿”(Collector Breakdown In The Heterojunction Bipolar Transistor Laser)；《Photonics Technology Letters，IEEE第18卷第11期(2006)》M.Feng、N.Holonyak、Jr.、R.Chan、A.James及G.Walter的“使用晶体管激光对方形波信号的高速(/spl ges/1GHz)电性及光学添加、混合与处理”(High-Speed(/spl ges/1GHz)Electrical And Optical Adding，Mixing，And Processing Of Square-Wave Signals With ATransistor Laser)；《Appl.Phys.Lett.89，082108(2006)》B.F.Chu-Kung等人的“缓变基极InGaN/GaN异质结双极性发光晶体管”(Graded-Base InGaN/GaN Heterojunction Bipolar Light-Emitting Transistors)；《Appl.Phys.Lett.89，113504(2006)》M.Feng、N.Holonyak、Jr.、A.James、K.Cimino、G.Walter及R.Chan的“量子阱AlGaAs/InGaP/GaAs/InGaAs晶体管激光的载流子寿命及调制带宽”(Carrier Lifetime And Modulation Bandwidth Of A Quantum Well AlGaAs/InGaP/GaAs/InGaAs Transistor Laser)；《Appl.Phys.Lett.90，091109(2007)》G.Walter、A.James、N.Holonyak、Jr.及M.Feng的“晶体管激光内的扰频信号、线宽增加的弗朗茨凯尔迪什缩减”(Chirp In ATransistor Laser，Franz-Keldysh Reduction of The Linewidth Enhancement)；《Appl.Phys.Lett.90，152109(2007)》A.James、G.Walter、M.Feng及N.Holonyak、Jr.的“量子阱晶体管激光内的光子辅助击穿、负电阻及切换”(Photon-Assisted Breakdown，Negative Resistance，And Switching In A Quantum-Well Transistor Laser)；《Photonics Technology Letters，IEEE第19卷第9期(2007)》A.James、N.Holonyak、M.Feng及G.Walter的“晶体管激光的弗朗茨凯尔迪什光子辅助电压操作切换”(Franz-Keldysh Photon-Assisted Voltage-Operated Switching of a Transistor Laser)；《Appl.Phys.Lett.91，033505(2007)》H.W.Then、M.Feng、N.Holonyak、Jr.及C.H.Wu的“改变基极量子阱设计及掺杂的量子阱npn异质结双极性发光晶体管的操作中的有效少数载流子寿命的实验测定”(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)；《Appl.Phys.Lett.91，053501(2007)》M.Feng、N.Holonyak、Jr.、H.W.Then及G.Walter的“晶体管激光操作的电荷控制分析”(Charge Control Analysis Of Transistor Laser Operation)；《Appl.Phys.Lett.91，183505(2007)》H.W.Then、M.Feng及N.Holonyak、Jr.的“通过晶体管激光的第一激发状态的操作及调制的光学带宽增加”(Optical Bandwidth Enhancement By Operation And Modulation Of The First Excited State OfA Transistor Laser)；《Appl.Phys.Lett.91，232114(2007)》B.F.Chu-Kung、C.H.Wu、G.Walter、M.Feng、N.Holonyak、Jr.、T.Chung、J.-H.Ryou及R.D.Dupuis的“高电流增益(β＞49)发光InGaN/GaN异质结双极性晶体管的调制”(Modulation Of High Current Gain(β＞49)Light-Emitting InGaN/GaN Heterojunction Bipolar Transistors)；《Appl.Phys.Lett.91，243508(2007)》H. W.Then、G.Walter、M.Feng及N.Holonyak、Jr.的“量子阱晶体管激光的集电极特性及微分光学增益”(Collector Characteristics And The Differential Optical Gain Of A Quantum-Well Transistor Laser)；《Appl.Phys.Lett.93，021111(2008)》F.Dixon、M.Feng、N.Holonyak、Jr.、Yong Huang、X.B.Zhang、J.H.Ryou及R.D.Dupuis的“具有1544nm的发射波长的晶体管激光”(Transistor Laser With Emission Wavelength at1544nm)；《Appl.Phys.Lett.93，163504(2008)》H.W.Then、G.Walter、M.Feng及N.Holonyak、Jr.的“具有辅助基极信号的异质结双极性晶体管激光的光学带宽增加”(Optical Bandwidth Enhancement Of Heterojunction Bipolar Transistor Laser Operation With An Auxiliary Base Signal)；《Appl.Phys.Lett.94，013509(2009)》H.W.Then、M.Feng及N.Holonyak、Jr的“通过晶体管激光中的电性及光学增益的权衡的带宽扩展”(Bandwidth Extension By Trade-Off Of Electrical And Optical Gain In A Transistor Laser：Three-Terminal Control)；《Appl.Phys.Lett.94，041118(2009)》M.Feng、N.Holonyak、Jr.、H.W.Then、C.H.Wu及G.Walter的“隧道结晶体管激光”(Tunnel Junction Transistor Laser)；《Appl.Phys.Lett.94，101114(2009)》H.W.Then、C.H.Wu、G.Walter、M.Feng及N.Holonyak、Jr.的“使用隧道结晶体管激光的电性-光学信号混合与倍增”(Electrical-Optical Signal Mixing And Multiplication(2→22GHz)With A Tunnel Junction Transistor Laser)；《Appl.Phys.Lett.94，171101(2009)》C.H.Wu、G.Walter、H.W.Then、M.Feng及N.Holonyak、Jr.的“用于多个千兆赫的光学带宽的发光晶体管的缩放”(Scaling Of Light Emitting Transistor For Multigigahertz Optical Bandwidth)。2009年《Indium Phosphide&Related Materials》Huang、Y.、Ryou、J.-H.、Dupuis、R.D.、Dixon、F.、Holonyak、N.、Feng、M.的“具有C掺杂及Zn掺杂基极层的发光晶体管的装置性能”(Device Performance Of Light Emitting Transistors With C-Doped And Zn-Doped Base Layers)；在2009年5月10到14日的IPRM′09IEEE国际会议，387到390页；《Appl.Phys.Lett.94，231125(2009)》G.Walter、C.H.Wu、H.W.Then、M.Feng及N.Holonyak、Jr.的“倾斜电荷高速(7GHz)发光二极管”(Tilted-Charge High Speed(7GHz)Light Emitting Diode)；《Appl.Phys.Lett.94，241101(2009)》G.Walter、C.H.Wu、H.W.Then、M.Feng及N.Holonyak、Jr.的“4.3GHz光学带宽发光晶体管，G.Walter”(4.3GHz Optical Bandwidth Light Emitting Transistor，G.Walter)；及《Appl.Phys.Lett.95，033509(2009)》M.Feng、H.W.Then、N.Holonyak、Jr.、G.Walter及A.James的“半导体激光的无共振频率响应”(Resonance-Free Frequency Response Of A Semiconductor Laser)。