[發明專利]雙模式傾斜充電裝置及方法

在審

• 申請號: 201380051239.5
• 申請日: 2013-08-01
• 公開（公告）號: CN104685628A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 加布里埃爾·沃爾特
• 申請（專利權）人: 量子電鍍光學系統有限公司
• 主分類號: H01L27/14
• 分類號: H01L27/14;H01L27/30
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 林彥

優先權主張

主張來自2012年8月2日提出申請的第61/742,082號美國臨時專利申請案的優先權，且所述臨時專利申請案以引用方式并入本文中。

技術領域

本發明涉及半導體裝置及方法的領域，且更特定來說，涉及展現用于光學及電操作的經改進的雙模式屬性的傾斜充電裝置及方法。

背景技術

本發明的背景技術中包含與異質結雙極晶體管(HBT，其為電傾斜充電裝置)以及發光晶體管、晶體管激光器及傾斜充電發光二極管(分別地，LET、TL及TCLED，其全部為光學傾斜充電裝置)有關的技術。傾斜充電裝置從所述裝置的基極區中的能量圖特性而得其名，所述能量圖具有從射極界面到集電極(或漏極，對于雙端子裝置來說)界面的大致下降斜坡形狀。此表示呈動態流的傾斜充電載流子群體—“快速”載流子復合，且“慢速”載流子經由集電極(或漏極)排出。

關于通常在裝置的基極區中采用一或多個量子大小區的光學傾斜充電裝置及技術，可參考(舉例來說)：美國專利第7,091,082號、第7,286,583號、第7,354,780號、第7,535,034號、第7,693,195號、第7,696,536號、第7,711,015號、第7,813,396號、第7,888,199號、第7,888,625號、第7,953,133號、第7,998,807號、第8,005,124號、第8,179,937號、第8,179,939號及第8,494,375號；美國專利申請公開案第US2005/0040432號、第US2005/0054172號、第US2008/0240173號、第US2009/0134939號、第US2010/0034228號、第US2010/0202483號、第US2010/0202484號、第US2010/0272140號、第US2010/0289427號、第US2011/0150487號及第US2012/0068151號；及PCT國際專利公開案第WO/2005/020287號及第WO/2006/093883號，以及美國專利申請公開案第US2012/0068151號中所參考的公開案。

申請人已考慮例如高速異質結雙極晶體管(HBT)等高速電傾斜充電裝置(HS-ETCD)的基極區中的量子阱效應。實驗性研究指示，大量的少數載流子電荷存儲于裝置的量子阱區內。含有量子阱的基極區中增加的電荷存儲然后導致較低截止頻率(f_t)及較低電增益帶寬乘積。

舉例來說，在圖2中比較兩個高速裝置的特性。第一裝置為傳統高速電裝置，在此實例中為高速電傾斜充電裝置，例如圖1中所展示的異質結雙極晶體管(HBT)。在圖1裝置的實例中，層為III-V族半導體材料，包含未經摻雜襯底110、n型子集電極層120、n型集電極層130、p型基極層140及n型射極層150。在131、141及151處展示的金屬觸點分別包括集電極電極、基極電極及射極電極，且在這些電極處的電勢分別指定為V_C、V_B及V_E。DC偏置范圍條件的實例為V_BE>1.2伏且-2.5伏<V_BC<0.5伏。

除存在嵌入于裝置的基極區中的兩個量子阱(未展示)以外，此實例的第二裝置為類似的。第二裝置將在基極區的量子阱中具有增強的載流子復合。所述實例的兩個裝置均具有4.2um×7.4um的射極臺面尺寸，且用4mA的相同射極電流偏置。

圖2展示隨兩個裝置的頻率而變的電流增益的曲線圖。截止頻率(f_c)定義為在ac電流增益(β_ac＝I_C/I_B)等于1的情況下的頻率。對于此實例，不具有量子阱的高速電傾斜充電裝置(HS-ETCD)具有10.4GHz的截止頻率(f_t)及0.24GHz的3dB頻率。另一方面，含有嵌入于基極區中的兩個量子阱的高速光學傾斜充電裝置(HS-OTCD)具有僅1.3GHz的f_t及0.42GHz的3dB頻率。高速光學傾斜充電裝置(HS-OTCD)的截止頻率f_t的大的減小使得裝置不適合于傳統上與HS-ETCD相關聯的大部分電應用(例如，驅動器、放大器或振蕩器)。此外，HS-OTCD的電增益帶寬乘積由于量子阱再熱化效應而為實質上溫度相依的。