光晶體管是由雙極型晶體管或場效應晶體管等三端器件構成的光電器件。光在這類器件的有源區內被吸收，產生光生載流子，通過內部電放大機構，產生光電流增益。光晶體管三端工作，故容易實現電控或電同步。光晶體管所用材料通常是砷化鎵（GaAs），主要分為雙極型光晶體管、場效應光晶體管及其相關器件。

技術原理

透過將激光束集中在單分子上，ETH Zurich的科學家只用單個分子就產生激光運作的基本條件──受激發射（stimulated emission）。由于在低溫下，分子會增加它們的外表面積（apparent surface area）來跟光線互動，因此研究人員將分子冷卻到攝氏零下272度，也就是只比絕對零度高1度。

兩條光束瞄準單分子

光晶體管示意圖

在受控制的模式下，利用一道激光束來讓單個分子進入量子態（controlled fashion），研究人員如此能明顯的縮減或是放大第二道激光束。這種運作模式與傳統的晶體管如出一轍；晶體管內的電位（electrical potential）能用來調變第二個信號。不過ETH Zurich并未透露其單分子的化學方程式。

由于其性能與散熱效能的優勢，光子運算技術是科學家們長期追求的目標；光子（photon）不僅發熱比電子少，也能達到高出相當多的數據傳輸速率。不過光通訊技術卻只能逐步地從長距離通訊，進展到短距離通訊，再進入單系統中。

組成結構

光晶體管由雙極型晶體管或場效應晶體管等三端器件構成的光電器件。光在這類器件的有源區內被吸收，產生光生載流子，通過內部電放大機構，產生光電流增益。光晶體管三端工作，故容易實現電控或電同步。光晶體管所用材料通常是砷化鎵（GaAs），主要分為雙極型光晶體管、場效應光晶體管及其相關器件。雙極型光晶體管通常增益很高，但速度不太快，對于GaAs-GaAlAs，放大系數可大于1000，響應時間大于納秒，常用于光探測器，也可用于光放大。場效應光晶體管響應速度快（約為50皮秒），但缺點是光敏面積小，增益小（放大系數可大于10），常用作極高速光探測器。與此相關還有許多其他平面型光電器件，其特點均是速度快（響應時間幾十皮秒）、適于集成。這類器件可望在光電集成中得到應用。

發展前景

盡管如此，包括電動（electronically-operated）與光動（optically-operated）的光交換機，都已經被開發出來。ETH Zurich的物理化學實驗室教授Vahid Sandoghdar表示，光子技術與當今的電子技術相比，就很像今日的IC之于1950年代的真空管放大器。

ETH Zurich所開發的單分子光學晶體管，也有助于催生量子計算機。Sandoghdar表示，要在晶體管內用光子來替代電子，還需要很多年的時間；在此同時，科學家也在研究如何巧妙運用并控制量子系統，以實現量子計算機的夢想。

光晶體三極管

光晶體三極管是由雙極型晶體管或場效應晶體管等三端器件構成的光電器件。光在這類器件的有源區內被吸收，產生光生載流子，通過內部電放大機構，產生光電流增益。光晶體三極管三端工作，故容易實現電控或電同步。光晶體三極管可分為兩類：雙極型光晶體管、光場效應光晶體管及其相關器件。

雙極型光晶體管

雙極型光晶體管從結構上分為同質型和異質型兩種。圖為異質結光晶體管能帶圖。光在基區-收集區吸收，產生的空穴（多子）在基區積累，使發射結注入更多電子以保持電中性而產生增益。與同質結型

光晶體三極管

相比有以下優點：①采用寬帶發射區作為光學窗口大大提高量子效率。②采用寬帶發射區提高注入效率，大大增加放大倍數β。對于短波長（短于0.9微米），常用GaAs-GaAlAs系統，對于長波長（長于1.1微米），則采用 InP-InGaAsP系統。對于后者，也可采用背面光照。這些系統基區均采用直接能隙半導體，光吸收率很高，故可做得較薄，大大縮短了基區渡越時間。

雙極型光晶體管通常增益很高，但速度不太快，對于GaAs-GaAlAs，β可大于1000，響應時間大于納秒（視增益大小不一）。其增益帶寬積GB在小電流弱光照時受發射極和收集極充電時間常數限制；而在大電流或強光照時則基本上由基區渡越時間和收集極渡越時間決定。一般，fT為晶體管截止頻率。當采用基區引線產生適當偏流時，可顯著降低發射極充電時間常數，并為基區積累的光生載流子提供通路，減小基區等效壽命而縮短響應時間。GaAs-GaAlAs光晶體管響應時間為250皮秒或更短。

異質結光晶體管噪聲決定于工作電流，小電流時噪聲較低。但小電流工作時發射極時間常數增大，且空間電荷區復合流占主導成分，也造成增益降低（β正比于，Ie,n≈2）。為減小空間電荷區復合流，可用分子束外延生長法在靠發射結一端生長約300埃的寬帶基區，并構成基區空間電荷區一部分，這就是“雙基區”結構。

異質結光晶體管用于光探測器，其性能不劣于PIN光電二極管和場效應復合系統，另外也可用于光放大。

光場效應晶體管及其相關光電器件

GaAs MESFET可用作極高速光探測器（GaAs op FET），其響應時間為50皮秒或更短，增益可大于10（與工作條件有關）。它的缺點是光敏面積小。GaAs op FET及其相關的N溝光電器件的光增益機構有：①光異體機構，增益等于電子速度與空穴速度之比；②轉移電子效應機構，其增益來自光生載流子在負遷移率區的空間電荷放大作用。與此相關還有許多其他平面型光電器件，其特點均是速度快（響應時間幾十皮秒）、適于集成。這類器件可望在光電集成中得到應用。

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