[发明专利]用于产生短光脉冲的发光半导体器件

说明书

器件包括双极晶体管(T)，其具有发射极(E)、基极(B)、集电极(C)、基极‑集电极结和基极‑发射极结、集电极‑基极击穿电压(BV)、与基极(B)或集电极(C)电连接的猝熄部件(Q)和开关电路(S1、S2、S3)，开关电路配置为对基极‑发射极结施加正向偏置。双极晶体管配置为在高于击穿电压(BV)的反向集电极‑基极电压(Vsubgt;CB/subgt;)下工作。

本公开涉及一种发光半导体器件。

已经开发出用于各种应用的各种发光半导体器件。以满足对紧凑型光源不断增长的需求。虽然许多光发射器件旨在于辐射的永久发射，但也期望具有能够产生持续时间小于1纳秒的非常短的光脉冲的半导体器件。本发明的目的是提出一种用于产生短光脉冲的器件。

除非另有说明，否则上述定义也适用于以下描述。

发光半导体器件包括具有发射极、基极、集电极、基极-集电极结和基极-发射极结的双极晶体管、与基极或集电极电连接的猝熄部件、以及配置为向基极-发射极结施加正向偏置的开关电路。双极晶体管配置为在高于击穿电压的反向集电极-基极电压下工作。双极晶体管配置用于产生短光脉冲。术语“光”在此是以电磁辐射的意义使用。波长不限于可见光谱。

特别地，双极晶体管是垂直型双极晶体管。在垂直型双极晶体管的工作过程期间，穿过基区的电流沿垂直于器件的半导体衬底或晶圆的主表面的方向流动。电流可以额外地具有平行于主表面的横向分量。

在发光半导体器件的一个实施例中，开关电路配置为使得发射器能够交替地电连接到地电势和另一电压，以用于触发雪崩击穿。

另一实施例包括连接到发射器的第一电容器，并且开关电路配置为使得第一电容器能够被充电到电容器电压并且通过发射器放电以触发雪崩击穿。

另一实施例包括与猝熄部件并联连接的第二电容器。

另一实施例包括连接在集电极与基极之间的第三电容器。

在另一实施例中，猝熄部件包括电阻器或晶体管。

在另一实施例中，猝熄部件是有源猝熄电路。

另一实施例包括第一器件部件和第二器件部件，该第一器件部件包括双极光发射器和光检测器，该双极光发射器由双极晶体管、猝熄部件和开关电路形成，并且该第二器件部件包括另外的双极光发射器和另外的光检测器。第一和第二器件部件的布置使得双极光发射器与另外的光检测器相对，另外的双极光发射器与光检测器相对。

另一实施例包括形成第一器件部件的一部分的金属间介质和嵌入在金属间介质中的金属化层。金属化层形成双极光发射器的发光区域的光学限制。

另一实施例包括形成第二器件部件的一部分的另外的金属间介质和嵌入在该另外的金属间介质中的其他金属化层，该金属间介质连接到该另外的金属间介质。该另外的金属化层形成另外的光检测器的光接收区域的另外的光学限制。

在另一个实施例中，金属化层形成光检测器的光接收区域的另外的光学限制，并且另外的金属化层形成另外的双极光发射器的发光区域的另外的光学限制。

另一实施例包括半导体材料衬底，该衬底具有：主表面；第一导电类型的浅阱，位于衬底中的相反的第二导电类型的深阱中；第二导电类型的掺杂区，在所述浅阱，位于所述主表面处；掺杂区和浅阱之间的p-n结；布置在浅阱下方的深阱中的结形成区，结形成区具有第二导电类型的掺杂浓度，结形成区的掺杂浓度高于结形成区外的深阱的掺杂浓度；以及结形成区与浅阱之间的另外的p-n结。当另外的p-n结被反向偏置到击穿电压以上时，p-n结和另外的p-n结形成双极光发射器，该双极光发射器通过p-n结上的电流或电压产生光脉冲。

另一实施例包括第一导电类型的浅阱接触区，其在所述浅阱中，位于主表面处。该浅阱接触区的掺杂浓度高于浅阱的掺杂浓度。掺杂区与浅阱接触区相距一定距离布置。