[发明专利]双模式倾斜充电装置及方法

说明书

优先权主张

主张来自2012年8月2日提出申请的第61/742,082号美国临时专利申请案的优先权，且所述临时专利申请案以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及半导体装置及方法的领域，且更特定来说，涉及展现用于光学及电操作的经改进的双模式属性的倾斜充电装置及方法。

背景技术

本发明的背景技术中包含与异质结双极晶体管(HBT，其为电倾斜充电装置)以及发光晶体管、晶体管激光器及倾斜充电发光二极管(分别地，LET、TL及TCLED，其全部为光学倾斜充电装置)有关的技术。倾斜充电装置从所述装置的基极区中的能量图特性而得其名，所述能量图具有从射极界面到集电极(或漏极，对于双端子装置来说)界面的大致下降斜坡形状。此表示呈动态流的倾斜充电载流子群体—“快速”载流子复合，且“慢速”载流子经由集电极(或漏极)排出。

关于通常在装置的基极区中采用一或多个量子大小区的光学倾斜充电装置及技术，可参考(举例来说)：美国专利第7,091,082号、第7,286,583号、第7,354,780号、第7,535,034号、第7,693,195号、第7,696,536号、第7,711,015号、第7,813,396号、第7,888,199号、第7,888,625号、第7,953,133号、第7,998,807号、第8,005,124号、第8,179,937号、第8,179,939号及第8,494,375号；美国专利申请公开案第US2005/0040432号、第US2005/0054172号、第US2008/0240173号、第US2009/0134939号、第US2010/0034228号、第US2010/0202483号、第US2010/0202484号、第US2010/0272140号、第US2010/0289427号、第US2011/0150487号及第US2012/0068151号；及PCT国际专利公开案第WO/2005/020287号及第WO/2006/093883号，以及美国专利申请公开案第US2012/0068151号中所参考的公开案。

申请人已考虑例如高速异质结双极晶体管(HBT)等高速电倾斜充电装置(HS-ETCD)的基极区中的量子阱效应。实验性研究指示，大量的少数载流子电荷存储于装置的量子阱区内。含有量子阱的基极区中增加的电荷存储然后导致较低截止频率(f_t)及较低电增益带宽乘积。

举例来说，在图2中比较两个高速装置的特性。第一装置为传统高速电装置，在此实例中为高速电倾斜充电装置，例如图1中所展示的异质结双极晶体管(HBT)。在图1装置的实例中，层为III-V族半导体材料，包含未经掺杂衬底110、n型子集电极层120、n型集电极层130、p型基极层140及n型射极层150。在131、141及151处展示的金属触点分别包括集电极电极、基极电极及射极电极，且在这些电极处的电势分别指定为V_C、V_B及V_E。DC偏置范围条件的实例为V_BE>1.2伏且-2.5伏<V_BC<0.5伏。

除存在嵌入于装置的基极区中的两个量子阱(未展示)以外，此实例的第二装置为类似的。第二装置将在基极区的量子阱中具有增强的载流子复合。所述实例的两个装置均具有4.2um×7.4um的射极台面尺寸，且用4mA的相同射极电流偏置。

图2展示随两个装置的频率而变的电流增益的曲线图。截止频率(f_c)定义为在ac电流增益(β_ac＝I_C/I_B)等于1的情况下的频率。对于此实例，不具有量子阱的高速电倾斜充电装置(HS-ETCD)具有10.4GHz的截止频率(f_t)及0.24GHz的3dB频率。另一方面，含有嵌入于基极区中的两个量子阱的高速光学倾斜充电装置(HS-OTCD)具有仅1.3GHz的f_t及0.42GHz的3dB频率。高速光学倾斜充电装置(HS-OTCD)的截止频率f_t的大的减小使得装置不适合于传统上与HS-ETCD相关联的大部分电应用(例如，驱动器、放大器或振荡器)。此外，HS-OTCD的电增益带宽乘积由于量子阱再热化效应而为实质上温度相依的。