发明名称 光子装置
摘要 矽具有一间接能带隙,其限制了于某些光子应用上之使用。一声子产生器被包含于以矽为基础之装置中,其促进电子电洞对之重组并因而容许矽有效地发射光子。声子可被产生藉由光学或电的刺激,或者由于热电子之能量弛缓(relaxation)。(图10)
申请公布号 TW512401 申请公布日期 2002.12.01
申请号 TW089124709 申请日期 2000.11.20
申请人 日立制作所股份有限公司 发明人 大卫 威廉斯;杰若米 毕恩柏格
分类号 H01L21/00 主分类号 H01L21/00
代理机构 代理人 林志刚 台北巿南京东路二段一二五号七楼
主权项 1.一种光子放射装置(22,33,51,58,66),包括:一相当低效率之光子发射材料(25,36,51,58)的区域,其包括间接能带隙半导体材料,及一声子产生器(10,16,23,34,52,59),其可操作以供应声子至相当低效率之光子发射材料的区域而使之发射光子(P)以一相当高的效率。2.如申请专利范围第1项之装置,其中声子产生器(10,16,23,34,52,59)包括一输入结构(12,18,26,37,56,64)以接收电磁能量以产生声子。3.如申请专利范围第1项之装置,其中声子产生器(10,16,23,34,52,59)包括转换器机构以转换电激发为晶格激发。4.如申请专利范围第1项之装置,其中声子产生器(10,16,23,34,52,59)包括一电极(14,20,30,41,56,64)以供应电场来产生声子。5.如申请专利范围第1项之装置,其中光子产生器(10,16,23,34,52,59)包括一配置于基底(11,17,24,35,53,60)上之制造装置。6.如申请专利范围第1项之装置,其中间接能带隙半导体材料包括矽。7.如申请专利范围第1项之装置,其中声子产生器(10,16,23,34)包括机构(12,18,26,37,44,47)以提供一局部晶格极化。8.如申请专利范围第7项之装置,其中用以提供局部晶格极化之机构(12,18,26,37)包括掺杂的、补偿半导体。9.如申请专利范围第7项之装置,其中用以提供局部晶格极化之机构(44,47)包括掺杂有n型杂质(45,48)之第一层半导体及掺杂有p型杂质(46,49)之第二层半导体。10.如申请专利范围第9项之装置,其中第一层(45,48)与第二层(46,49)被分隔以1-5nm。11.如申请专利范围第7项之装置,其中声子产生器(10,16,23,34)进一步包括机构(14,20,30,41)以提供一电场。12.如申请专利范围第11项之装置,其中用以提供一电场之机构包括一电极,该电极被配置于一与该提供局部晶格极化之机构的介面上。13.如申请专利范围第11项之装置,其中用以提供一电场之机构包括一电极(14,20,30,41)及一绝缘器(13,19,28,39),其中绝缘器被配置于提供局部晶格极化的机构与电极之间。14.如申请专利范围第7至13项之任一项的装置,其中声子产生器(10,16,23,34)进一步包括机构(15,21,32,43)以提供一电子电洞对。15.如申请专利范围第14项之装置,其中用以提供一电子电洞对之机构包括电磁辐射之一脉冲(15,32,43)。16.如申请专利范围第15项之装置,其中脉冲(15,32,43)具有小于100fs之周期。17.如申请专利范围第14项之装置,其中电磁辐射具有一能量高于掺杂的、补偿半导体之能带隙能量的値。18.如申请专利范围第14项之装置,其中用以提供一电子电洞对之机构(14,21)包括一电脉冲。19.如申请专利范围第18项之装置,其中脉冲具有小于50ps之周期。20.如申请专利范围第18项之装置,其中脉冲高度为数伏特之等级。21.如申请专利范围第1项之装置,其中声子产生器包括机构(52,59)以注入热电子。22.如申请专利范围第21项之装置,其中用以注入热电子之机构(52,59)包括一电极(56,64)及一绝缘器层(55,63)。23.如申请专利范围第22项之装置进一步包括机构以热化热电子来产生声子。24.如申请专利范围第22项之装置,其中电极包括一金属。25.如申请专利范围第24项之装置,其中金属包括铝。26.如申请专利范围第22项之装置,其中绝缘器包括二氧化矽。27.如申请专利范围第22项之装置,其中绝缘器包括氮化矽。28.如申请专利范围第22至27之任一项的装置,其中绝缘器层具有小于20nm之厚度。29.一种操作声子发射装置(22,33,51,58,66)之方法,此声子发射装置包括一相当低效率之光子发射材料(25,36,51,58)的区域,而该方法包括供应声子(10,16,23,34,52,59)至相当低效率之光子发射材料的区域而使之发射声子以一相当高的效率之步骤。30.一种调变器,包括:一输入之光学波导,一光学透明材料之区域一声子产生器,其可操作以供应声子至光学透明材料之区域来增加其中之光子吸收,其具有一闸,及一输出区域,其中一电脉冲得以被供应至光子产生器之闸。图式简单说明:图1为GaAs之电子散布关系;图2为矽之电子散布关系;图3为一光学激发声子产生器之横断面图;图4为一电激发声子产生器之横断面图;图5显示一半导体雷射之制造程序,此半导体雷射包括一第一型之光学激发声子产生器;图6显示一半导体雷射之制造程序,此半导体雷射包括一第二型之另一种型态的光学激发声子产生器;图7a及b显示其适用于产生局部晶格极化之掺杂结构;图8为矽之一声子散布关系;图9为一结合声子产生器之半导体雷射的横断面图;图10为一结合声子产生器之半导体同质结(homojunction)雷射的横断面图;图11为半导体雷射之一阵列的透视图;图12为一调变器之透视图及图13为调变器之一阵列的概图。
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