可用作非線性開關(guān)和處理器的晶體管激光器
由伊利諾斯大學(xué)Urbana-Champaign分校的科學(xué)家發(fā)明的晶體管激光器已發(fā)現(xiàn)具有基本的非線性特性,晶體管的這種新特性可使之用作雙路輸入、雙路輸出、高頻信號處理器。伊利諾斯大學(xué)電氣和計算機工程及物理學(xué)的約翰巴丁講座教授Nick Holonyak Jr.說：“我們偶然發(fā)現(xiàn)晶體管具有這種令人稱奇且充滿前景的基本特性,不久的將來會出現(xiàn)一種新型晶體管和新型激光器。”
電氣和計算機工程學(xué)教授Holonyak、Milton Feng及其同事通過使用量子阱修改基區(qū)和諧振器的外形,把晶體管的工作方式由自發(fā)發(fā)射轉(zhuǎn)變?yōu)槭芗ぐl(fā)射。晶體管復(fù)合工藝的改變使器件特性發(fā)生了變化,使其具有一種基本的、潛在的接近激光器閾值的可用的非線性特性�？茖W(xué)家們在Applied Physics Letters（《應(yīng)用物理快報》）雜志中論述了他們所做的研究工作。
同時還擔(dān)任大學(xué)界公認的最高級別組織“大學(xué)高級研究中心”教授的Holonyak說：“晶體管從未實現(xiàn)過這些功能,作為晶體管新的工作方式,晶體管激光器可提供新的信號混合和開關(guān)能力。”
晶體管激光器通過把電輸入信號轉(zhuǎn)變?yōu)閮蓚�輸出信號—— 一個電信號和一個光信號,把晶體管和激光器的功能結(jié)合起來。伊利諾斯大學(xué)電氣和計算機工程學(xué)的Holonyak講座教授Feng說：“使用單獨的基區(qū)輸入信號,我們可以對晶體管激光器的有源區(qū)施加兩個互不干擾的信號。”
研究人員解釋說,晶體管激光器進一步提高了使用光互連替代電路板或晶圓“芯片”上元件之間某些金屬布線的可能性,這樣可使電-光IC實現(xiàn)更大的靈活性和更高的性能。
“我們可以把輸入信號混合起來進行處理,從而獲得一個電信號,這個電信號是由多重第一輸入加上多重第二輸入組成的,” Feng說： “我們還得到一個光信號,這個光信號是多重第一輸入加上多重第二輸入調(diào)制而成。”
為了驗證這一概念,研究者們使用單發(fā)射極和雙接觸基極,論證了晶體管激光器作為非線性微波混合器件和信號處理器的工作。把2.0 GHz信號和2.1 GHz信號混合起來。在0.1-8.4GHz混合頻率范圍內(nèi)獲得了電、光輸出信號。
研究人員說,獲得的數(shù)據(jù)除了說明另一種形式的激光器具有與晶體管的調(diào)制速率同樣高的潛力,還表明晶體管的受激復(fù)合是用作非線性元件、不同形式的電開關(guān)和處理器的基礎(chǔ)。
晶體管激光器還提高了使用光互連代替芯片或電路板上元件間的布線的可能性,從而使電——光IC具有更大的靈活性和更高的性能。
異質(zhì)結(jié)雙極晶體管激光器(HBTL)的制造工藝首先是采用MOCVD生長量子阱(QW)結(jié)構(gòu)。它包含一個n型980A InGaP發(fā)射極,1～1000 nm埋入于碳摻雜(p型) 980?GaAs基區(qū)的120AInGaAs QW,以及一個n型 600AGaAs集電極。QW晶體管結(jié)構(gòu)夾在兩層AlGaAs之間,提供光限制功能。頂部和底部的覆蓋層形成(垂直)介質(zhì)波導(dǎo),使光場以基區(qū)中QW的位置為中心。
Holonyak說：“現(xiàn)在對這種技術(shù)的發(fā)展方向作評價還為時過早,我們目前還處于晶體管激光器的物理和器件特性的研究階段,我們還有很長的路要走。”Feng和Holonyak論文的聯(lián)合作者還有博士后研究協(xié)會的Gabriel Walter和Richard Chan,以及研究生Adam James。美國國防高級研究計劃局(DARPA)資助該項工作。
