光电电路及技术的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于响应于电激励信号而产生光学信号的混合电路，其包含：倾斜电荷发光装置，其具有电输入端口及光学输出端口，所述装置具有随输入频率而变的光学输出响应；及输入接口电路，其与所述装置的所述电输入端口耦合且具有与所述装置的所述光学输出响应的逆实质上成比例的转移函数；借此所述电激励信号到所述输入接口电路的施加操作以从所述装置的所述输出光学端口产生光学信号。所述输入接口电路包含具有由增加的振幅对频率的区域表征的转移函数的无源RLC电路。
【专利说明】光电电路及技术
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体发光装置的领域且涉及并入此些装置的电路及方法。
【背景技术】
[0002]本发明的【背景技术】中包含与异质结双极晶体管(HBT，其为电倾斜电荷装置)以及发光晶体管、晶体管激光器及倾斜电荷发光二极管(分别为LET、TL及TCLED，所有这些均为光学倾斜电荷装置)相关的技术。倾斜电荷装置依据装置的基极区域中的能量图特性而得其名，所述基极区域大致具有从射极接口到集极(或针对两端子装置，漏极)接口的下降斜坡形状。此表示呈动态流(经由集极(或漏极)“快”载流子复合且“慢”载流子退出)的载流子的倾斜电荷群集。
[0003]关于在装置的基极区域中通常采用一个或一个以上量子大小区域的光学倾斜电荷装置及技术，可参考(举例来说)第7，091，082,7, 286，583,7, 354，780,7, 535，034、7，693，195、7，696，536、7，711，015、7，813，396、7，888，199,7,888, 625、7，953，133、7，998，807,8, 005，124,8,179，937 及 8，179，939 号美国专利；第 US2005 / 0040432、US2005 / 0054172、US2008 / 0240173、US2009 / 0134939、US2010 / 0034228、US2010 /0202483、US2010 / 0202484、US2010 / 0272140、US2010 / 0289427、US2011 / 0150487及US2012 / 0068151号美国专利申请公开案；及第WO / 2005 / 020287及WO / 2006 /093883号PCT国际专利公开案以及第US2012 / 0068151号美国专利申请公开案中所引用的公开案。
[0004]光学倾斜电荷装置包含作用区域，所述作用区域具有一个极性的内置自由多数载流子，其中另一极性的单个种类的少数载流子注入到此作用区域的一个输入中且被允许跨越所述作用区域扩散。此作用区域具有实现及增强多数载流子的传导及少数载流子的辐射复合的特征。在所述区域的输出侧上，接着由单独及较快机构收集、排出、耗尽或复合少数载流子。电触点耦合到此全功能区域。
[0005]在2004年初，一公开案描述了一种光学倾斜电荷装置，其将量子阱并入于所述装置的基极区域中以便增强辐射复合(参见M.冯(M.Feng)、N.霍洛尼亚克Jr.(N.HolonyakJr.)及R.陈(R.Chan)的量子讲-基极异质结双极发光晶体管(Quantum_wel1-BaseHetero junction Bipolar Light-Emitting Transistor),应用物理第 84 期，1952, 2004)。在所述论文中，论证了光学信号以高达IGHz的速度跟随正弦电输入信号。5余年之后，在进一步研究及基本开发(以及与操作方法、作用区设计及外延层结构相关的其它开发)之后，报告了作为自发发射发光体的高速倾斜电荷装置以4.3GHz (LET)的带宽且稍后以 7GHz (TCLED)的带宽操作。(参见 G.沃尔特(G.Walter)、C.H.吴(C.H.ffu)、H.W.特恩(H.W.Then)、M.冯(M.Feng)及N.霍洛尼亚克Jr.(N.Holonyak Jr.)的倾斜电荷高速(7GHz)发光二极管(Titled-Charge High Speed(7GHz)Light Emitting Diode),应用物理第94期，231125，2009)。尽管从那时以来己实现了进一步改进，但期望效率及带宽的额外进展以实现商业上可行的光电装置及技术。[0006]实现光学倾斜电荷装置、电路及技术的此些进展及改进在本发明的目标当中。
【发明内容】
[0007]己发现实现有效高速光学倾斜电荷装置的挑战涉及意外的细微之处。举例来说，使装置区较小且较窄以产生较小电阻(R)、较小电容(C)及较小电感(L)的方法未必是有益的。同样，仅采用最快HBT装置(例如，InGaP / GaA HBT)的设计规则是不足的。尽管其共同源自晶体管技术，但光学倾斜电荷装置与高速HBT晶体管(电倾斜电荷装置)共享极少共同设计特质。举例来说，在晶体管的基极中添加量子阱不仅引入另一元素或缺陷以帮助复合，而且引入能够存储电荷、横向输送及重新热化所捕获载流子的结构。
[0008]此外，在显著较低电增益(较高基极电流比率)的情况下，放大与基极薄片电阻相关联的问题(加热、射极群聚)及与基极电流密度相关联的问题(可靠性)，且因对在低射极电流密度下的横向电阻及射极群聚的担忧而使基极渡越时间的重要性(HBT的设计中的大问题)相形见绌。
[0009]当设计高速光学倾斜电荷装置时，光学提取、光束形状及光学功率输出与装置的电增益及电带宽一样重要。甚至不能利用HBT社群已如此忠实地遵循的设计规则(因为可通过连续地缩减基极射极结及基极集极结的尺寸来增加HBT的速度)，因为此物理尺寸减小导致越来越小的辐射复合效率。因此，此些设计规则适合用于纯电输入/输出倾斜电荷装置但不适合用于也需要光学输出的优化的设计(光学倾斜电荷装置)。
[0010]同样，高速光学倾斜电荷装置与电荷存储发光体(例如，二极管激光器或发光二极管)共享极少共同设计特质。举例来说，尽管两者均使用例如量子阱的结构，但光学电荷存储装置的设计规则需要最大化载流子的局限或存储(以便改进其中所捕获载流子“等待”由光子场激发或通过自发发射复合的受激发射过程的可能性)的方法，而光学倾斜电荷装置的设计规则需要用于最小化所存储载流子(以实现高速操作)的方法。由于强加于倾斜电荷装置的设计约束(例如，物理尺寸、应用、功率消耗、带宽及成本)，因此甚至针对电荷存储装置中所使用的光提取的设计规则也未必适用于倾斜电荷装置。
[0011]一个设计考虑涉及成本。由于光学互连件的应用达到越来越短的范围，因此需要减小与电/光转换相关联的成本。高速光学倾斜电荷装置(HS-OTCD)不仅是VCSEL或基于二极管激光器的电光方法的替代品，而且是其中无需电光转换的便宜得多的传统铜互连件的替代品。因此，理想地，改进速度特性的设计不应增加成本。
[0012]另一设计考虑涉及功率消耗。针对较新的应用，高速互连件的密度及数目继续增加。为了减小相关联的冷却成本且也简化设计架构，低功率消耗是严格的设计考虑。称为功率对带宽比率rpb的参考测量矩阵用于指示装置功率效率，其中较低值指示较功率有效
>J-U装直。
【权利要求】
1.一种用于响应于电激励信号而产生光学信号的混合电路，其包括: 倾斜电荷发光装置，其具有电输入端口及光学输出端口，所述装置具有随输入频率而变的光学输出响应；及 输入接口电路，其与所述装置的所述电输入端口耦合，且具有与所述装置的所述光学输出响应的逆实质上成比例的转移函数； 借此所述电激励信号到所述输入接口电路的施加操作以从所述装置的所述输出光学端口产生光学信号。
2.根据权利要求1所述的混合电路，其中所述输入接口电路包括RLC电路。
3.根据权利要求1所述的混合电路，其中所述输入接口电路包括无源RLC电路。
4.根据权利要求2所述的混合电路，其中所述RLC电路具有由增加的振幅对频率的区域表征的转移函数。
5.根据权利要求1所述的混合电路，其进一步包括集成电路介质，且其中所述倾斜电荷发光装置及所述输入接口电路安置于所述介质上。
6.根据权利要求1或5所述的混合电路，其中所述输入接口电路包括数字信号处理器。
7.根据权利要求1 所述的混合电路，其中所述倾斜电荷发光装置包括倾斜电荷发光二极管。
8.根据权利要求1所述的混合电路，其中所述倾斜电荷发光装置包括具有第二电输入端口的发光晶体管。
9.根据权利要求1所述的混合电路，其中所述倾斜电荷发光装置包括具有第二电输入端口的晶体管激光器。
10.一种用于响应于电激励信号而产生光学信号的混合集成电路，其包括:集成电路介质； 倾斜电荷发光装置，其安置于所述介质上，所述装置具有电输入端口及光学输出端n: 输入接口电路，其安置于所述介质上且具有与所述倾斜电荷发光装置的光学响应特性相关的转移函数； 借此所述电激励信号到所述输入接口电路的施加操作以从所述装置的所述输出光学端口产生光学信号。
11.根据权利要求10所述的混合电路，其中所述输入接口电路包括无源RLC电路。
12.根据权利要求11所述的混合电路,其中所述RLC电路具有由增加的振幅对频率的区域表征的转移函数。
13.一种用于响应于电激励信号而产生光学信号的方法，其包括以下步骤: 提供具有电输入端口及光学输出端口的倾斜电荷发光装置； 确定所述装置的随输入频率而变的光学输出响应； 提供输入接口电路，所述输入接口电路与所述电输入端口耦合、具有与所述所确定响应成反比的转移函数；及 经由所述输入接口电路将所述电激励信号施加到所述装置以产生所述输出光学信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述提供输入接口的步骤包括:提供RLC电路。
15.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括:给所述RLC电路提供操作以对所述电激励信号实施相移的串联LC分支。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中所述电激励信号包括具有过量输入电压峰值到峰值振幅的AC信号，且其中所述输入接口电路操作以使用所述过量输入电压的实质部分。
17.一种用于响应于电激励信号而产生光学信号的方法，其包括以下步骤: 提供具有电输入端口及光学输出端口的倾斜电荷发光装置，所述装置具有随输入频率而变的光学输出响应； 提供输入接口电路，所述输入接口电路与所述装置的所述电输入端口耦合且具有与所述装置的所述光学输出响应的逆实质上成比例的转移函数；及 将所述电激励信号施加到所述输入接口电路以从所述装置的所述输出光学端口产生光学信号。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述提供输入接口电路的步骤包括:提供RLC电路。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述提供RLC电路的步骤包括提供具有由增加的振幅对频率的区域表征的转移函数的RLC电路。
20.根据权利要求17到19中任一权利要求所述的方法，其中所述电激励信号包括具有过量输入电压峰值到峰值振幅的AC信号，且其中所述输入接口电路操作以使用所述过量输入电压的实质部分。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述提供倾斜电荷发光装置的步骤包括:提供具有第二电输入端口的发光晶体管。
22.一种用于响应于电激励信号而以增强的功率效率及带宽产生光学信号的方法，其包括以下步骤: 提供具有电输入端口及光学输出端口的倾斜电荷发光装置，所述装置具有使复合电流转向而远离所述装置的作用区域的频率相依短路路径及随输入频率而变的所得光学输出响应； 提供输入接口电路，所述输入接口电路与所述装置的所述电输入端口耦合且具有与所述装置的所述光学输出响应的逆实质上成比例的转移函数；及 将所述电激励信号施加到所述输入接口电路以从所述装置的所述输出光学端口产生光学信号。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述电激励信号包括具有过量输入电压峰值到峰值振幅的AC信号，且其中所述输入接口电路操作以使用所述过量输入电压的实质部分。
24.一种用于在第一位置与第二位置之间建立高带宽通信链路的方法，其包括以下步骤: 在所述第一位置处提供表示待传递的数据的电激励信号； 提供具有至少一个电输入端口及一光学输出端口的倾斜电荷发光装置； 将所述倾斜电荷发光装置的所述光学输出端口耦合到光学波导； 在所述第二位置处提供包含与所述光学波导耦合的光电检测器的接收器电路； 所述倾斜电荷发光装置、所述光学波导及所述接收器电路各自具有随频率而变的本征转移函数 '及提供将所述电激励信号耦合到所述倾斜电荷发光装置的输入接口电路，所述输入接口电路具有使用所述倾斜电荷发光装置以及所述光学波导及所述接收器电路中的至少一者的所述转移函数的乘积来确定的频率相依转移函数。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述提供输入接口电路的步骤包含:导出所述倾斜电荷发光装置、所述光学波导及所述接收器电路的随频率而变的所述转移函数的乘积以获得子系统频率特性；及将所述输入接口的所述频率相依转移函数导出为与频谱的一部分上的所述子系统频率特性实质上成反比。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述提供倾斜电荷发光装置的步骤包括:提供从其光学输出端口产生自发发光的装置。
27.根据权利要求24所述的方法，其中所述提供电激励信号的步骤包含:提供经由具有随频率而变的本征转移函数的发射线发射所述电激励信号的发射器，且其中所述提供将所述电激励信号耦合到所述倾斜电荷发光装置的输入接口电路的步骤包括:将所述输入接口电路提供为具有使用所述发射线、所述倾斜电荷发光装置、所述光学波导及所述接收器电路的所述转移函数的乘积来确定的频率相依转移函数。
28.根据权利要求24所述的方法，其中所述提供包含光电检测器的接收器电路的步骤进一步包含:提供经由具有随频率而变的本征转移函数的另一发射线接收所述接收器电路的输出的解串行化器，且其中所述提供将所述电激励信号耦合到所述倾斜电荷发光装置的输入接口电路的步骤包括:将所述输入接口电路提供为具有使用所述倾斜电荷发光装置、所述光学波导、所述接收器电路及所述另一发射线的所述转移函数的乘积来确定的频率相依转移 函数。
【文档编号】H01S5/00GK103782659SQ201280042781
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年8月31日 优先权日:2011年9月2日
【发明者】加布里埃尔·沃尔特, 林葆莲 申请人:量子电镀光学系统有限公司