可用作非线性开关和处理器的晶体管激光器
由伊利诺斯大学Urbana-Champaign分校的科学家发明的晶体管激光器已发现具有基本的非线性特性,晶体管的这种新特性可使之用作双路输入、双路输出、高频信号处理器。伊利诺斯大学电气和计算机工程及物理学的约翰巴丁讲座教授Nick Holonyak Jr.说：“我们偶然发现晶体管具有这种令人称奇且充满前景的基本特性,不久的将来会出现一种新型晶体管和新型激光器。”
电气和计算机工程学教授Holonyak、Milton Feng及其同事通过使用量子阱修改基区和谐振器的外形,把晶体管的工作方式由自发发射转变为受激发射。晶体管复合工艺的改变使器件特性发生了变化,使其具有一种基本的、潜在的接近激光器阈值的可用的非线性特性。科学家们在Applied Physics Letters（《应用物理快报》）杂志中论述了他们所做的研究工作。
同时还担任大学界公认的最高级别组织“大学高级研究中心”教授的Holonyak说：“晶体管从未实现过这些功能,作为晶体管新的工作方式,晶体管激光器可提供新的信号混合和开关能力。”
晶体管激光器通过把电输入信号转变为两个输出信号—— 一个电信号和一个光信号,把晶体管和激光器的功能结合起来。伊利诺斯大学电气和计算机工程学的Holonyak讲座教授Feng说：“使用单独的基区输入信号,我们可以对晶体管激光器的有源区施加两个互不干扰的信号。”
研究人员解释说,晶体管激光器进一步提高了使用光互连替代电路板或晶圆“芯片”上元件之间某些金属布线的可能性,这样可使电-光IC实现更大的灵活性和更高的性能。
“我们可以把输入信号混合起来进行处理,从而获得一个电信号,这个电信号是由多重第一输入加上多重第二输入组成的,” Feng说： “我们还得到一个光信号,这个光信号是多重第一输入加上多重第二输入调制而成。”
为了验证这一概念,研究者们使用单发射极和双接触基极,论证了晶体管激光器作为非线性微波混合器件和信号处理器的工作。把2.0 GHz信号和2.1 GHz信号混合起来。在0.1-8.4GHz混合频率范围内获得了电、光输出信号。
研究人员说,获得的数据除了说明另一种形式的激光器具有与晶体管的调制速率同样高的潜力,还表明晶体管的受激复合是用作非线性元件、不同形式的电开关和处理器的基础。
晶体管激光器还提高了使用光互连代替芯片或电路板上元件间的布线的可能性,从而使电——光IC具有更大的灵活性和更高的性能。
异质结双极晶体管激光器(HBTL)的制造工艺首先是采用MOCVD生长量子阱(QW)结构。它包含一个n型980A InGaP发射极,1～1000 nm埋入于碳掺杂(p型) 980?GaAs基区的120AInGaAs QW,以及一个n型 600AGaAs集电极。QW晶体管结构夹在两层AlGaAs之间,提供光限制功能。顶部和底部的覆盖层形成(垂直)介质波导,使光场以基区中QW的位置为中心。
Holonyak说：“现在对这种技术的发展方向作评价还为时过早,我们目前还处于晶体管激光器的物理和器件特性的研究阶段,我们还有很长的路要走。”Feng和Holonyak论文的联合作者还有博士后研究协会的Gabriel Walter和Richard Chan,以及研究生Adam James。美国国防高级研究计划局(DARPA)资助该项工作。
