一种能够发射具有峰状轮廓并具有中心波长（λ）的辐射的共振腔发光二极管（ＲＣＬＥＤ）装置，该装置包括： 第一有源区域，呈平面形状并带有顶侧和底侧，以及具有设置在该第一有源区域内的一个或者多个量子阱，其中该一个或者多个量子阱构造成提供能量以激发该ＲＣＬＥＤ的辐射输出，并且位于该ＲＣＬＥＤ的共振波的反节点位置附近； 第一腔，相邻于该第一有源区域的该顶侧，其中该第一腔具有一厚度使得该第一腔从该第一有源区域的中间延伸第一距离；和 第二腔，相邻于该第一有源区域的该底侧； 其中该第一有源区域、该第一腔和该第二腔构造成使得该ＲＣＬＥＤ产生具有在红外区域中的中心波长的电磁辐射，并且其中该第一有源区域、该第一腔和该第二腔的总厚度约为或者小于２λ。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及特别应用于中红外装置的新型共振腔发光二极管(RCLED )。
技术介绍
红外探测是一种光学方法，其使用结合一个或多个^:测器的 一个或多个红外源。当在大气中测量特定气体的浓度时，原理是筒单的源和探测器之 间的气体越多，越多的红外能量即光被吸收，并且因此传感器测量的透过的 辐射减少。使用红外光谱经常是在各种介质比如大气、血液和各种其它流体 中测量气体浓度的优选方法。二氧化碳在4.26微米具有特别显著的吸收峰，因此理论上它是易于测量 的气体之一。不幸的是，设计来监测二氧化碳峰(通过在4.26微米发射信号) 的常规红外源会遇到各种问题。例如，IR LED的峰波长输出经常趋向于随 不同的电流水平和温度的变化而漂移。此外，常规装置几乎从来不发射具有 与二氧化碳吸收峰相当的轮廓的红外能量，因此降低了探测系统的灵敏度。 因此，需要有关红外源的新技术。
技术实现思路
在第一实施例中，能够发射具有峰状轮廓并有中心波长(人)的辐射的 共振腔发光二极管(RCLED)装置包括第一有源区域，具有平面形状并带 有顶部和底部，并且在其内设置有一个或者多个量子阱，其中该一个或者多 个量子阱构造成提供能量以激发该RCLED的辐射输出，并且位于RCLED 共振波的反节点位置附近；第一腔(chamber),相邻于该第一有源区域的顶 侧，其中第一腔具有一厚度使得其从第一有源区域的中间延伸第一距离，而 第二腔相邻于第一有源区域的底侧，其中第一有源区域、第一腔和第二腔构 造成使得RCLED产生具有在红外区域中的中心波长的电磁辐射，并且其中 第一有源区域、第一腔和第二腔的总厚度约为或少于2X。在第二实施例中，能够发射具有峰状轮廓并有中心波长(X)的辐射的共振腔发光二极管(RCLED)装置包括第 一有源区域、连接到第 一有源区域 的第 一腔和第二腔，以及分别连接到第 一腔和第二腔的第 一反射器和第二反 射器，该第一有源区域具有一个或者多个量子阱设置其内，其中在RCLED 内辐射的主共振通道约为或者小于2.5入。在第三方面中，描述了操作共振腔发光二极管(RCLED)装置的方法， 该RCLED装置具有第 一有源区域、连接到第 一有源区域的第 一腔和第二月空， 以及分别连接到第一腔和第二腔的第一反射器和第二反射器，在该第一有源 区域内设置有一个或者多个量子阱。该方法包括在RCLED中使用量子阱转 换电能以发射电磁能，使用发射的电磁能在RCLED内产生具有凹槽的轮廓 并有中心波长X的共振电磁信号，其中使用包括第一有源区域、第一腔和第 二腔的主共振通道产生共振信号，并且其中主共振通道不大于3X，且部分电 磁能穿过第一反射器或者第二反射器。因此，已经概述了本专利技术的某些实施例，从而可以更好地理解这里其详 细的描述，而且从而可以更好地理解本专利技术对本领域的贡献。当然，还有下 面将描述的本专利技术的其它实施例，它们将形成附于此处的权利要求的主题。在此方面中，在详细说明本专利技术至少一个实施例之前，应当理解的是， 本专利技术不局限于其应用下面描述中所阐述的或者附图中所图解的构造细节 和部件的布置。本专利技术能采取描述的那些之外的实施例，并且能以各种方式 实践和实施。同样，应当理解的是，在此所采用的措辞和术语以及抽象概念 是为了描述的目的，而不应当看成为限制。同样，本领域的技术人员应当理解的是，本公开所基于的构思可以易于 用作实施本专利技术几个目的的其它结构、方法和系统的设计基础。因此，重要 的是在将权利要求看成包括这样的等同构造，只要它们不脱离本专利技术的精神 和范围。附图说明图1是第一示范性RCLED装置。图2示出了图1中的RCLED装置内的示范性层次序。图3是第二示范性RCLED装置。图4示出了图3中的RCLED装置内的第一示范性层次序。 图5示出了图3中的RCLED装置内的第二示范性层次序。图6示出了在无二氧化碳的大气中的RCLED电磁输出的示范性轮廓， 其中叠加了通过包含二氧化碳的大气过滤的相同电磁输出的示范性轮廓。 图7示出了对于范围为50mA至100mA的不同驱动电流的RCLED的示范性输出轮廓簇。具体实施例方式现在将参照附图描述本专利技术，其中相同的附图标记通篇指代相同的部 件。根据本专利技术的各种实施例可以提供能经济地制造且高度稳定的共振腔发 光二极管(RCLED )。当RCLED适当构造以产生具有从约14到24的合适 的品质因子(quality factor)的4.26微米的中心波长时，该RCLED对于能 够在测量大气或其它流体中二氧化碳浓度非常小的变化的二氧化碳探测器 的使用会极其有用。通常，下文中描述的RCLED装置得益于至少两个方面它们所用的结 构和材料。下面更详细地描述结构优点的细节。首次查看时可能不太明显的 是采用砷化铟(InAs)作为主要材料的优点和缺点。InAs的几个优点包括其 高导电率和传输红外光。尽管lnAs因为其具有窄的带隙也可能会带来问题(导致各种预期的问题)，但是所揭示的装置和方法的专利技术人已经提供大量 的解决方案，以克服这样的问题来解决相关工业中留下的尚未解决的问题。 图1是才艮据所揭示方法和系统的第一示范性RCLED装置100。如图1 所示，装置100从具有窗口 122的顶部电极102开始包括多个层/区域 102-118。该顶部电极102的具体结构取决于其中从装置100的顶部发射输出能量 的RCLED装置。尽管描述的为网状结构(mesh-type structure ),但是应当理 解的是，也可以采用其它电极，例如，具有不同形状的窗口的电极，具有透 明或半透明性质的导体等。应当注意的是，电极102的网状结构不是按比例 绘制的，而是为了关系的清楚相对于RCLED装置的其余部分增加了尺寸。 应当理解的是，任何网状结构应该允许大部分电磁能通过在空气和层104之 间的界面的网中的孔离开该装置。由于下面解释的原因，所希望的是在电极102或者更精确地在层102和 104的接合处提供反射器。尽管在RCLED装置100内层102的下侧可以4是 供有限的反射，但是主要的反射不是得自于任何金属反射器，而是由于半导体材料本身。例如，给定InAs和空气各自的折射系数的差异的情形，在InAs/ 空气界面中反射器通常可以是固有的。尽管对于密切关注的红外波长，这样 的空气/半导体反射器(-30%)的反射系数不如金反射器(~98%)高，但 是可以存在要求较低反射的各种实施例，并且没有金反射器意味着更低的生 产成本。在另一个实施例中，比如金的金属反射器设置在层104和空气的界面上， 该金属反射器将98%的电磁能反射回到装置中。在这些实施例中(下面讨 论)，底部DBR反射器可以制造得更加透明，并且电磁能量可以通过底面离 开装置100。直接在顶部电极102之下的是两个邻接的层104和106，它们形成第 一腔。通常，层104和106是相同的材料，例如InAs，但是称为电流散 布层(current spreading layer )，，的层104可以用各种杂质重掺杂，以允许对 顶部电极102适当的电接口 ( electrical interface),即防止形成寄生二才及管并 且降低电阻。另外，层104的掺杂可以提供自由电子源，以有助于使RCLED 装置100更有效地工作，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1、一种能够发射具有峰状轮廓并具有中心波长(λ)的辐射的共振腔发光二极管(RCLED)装置，该装置包括第一有源区域，呈平面形状并带有顶侧和底侧，以及具有设置在该第一有源区域内的一个或者多个量子阱，其中该一个或者多个量子阱构造成提供能量以激发该RCLED的辐射输出，并且位于该RCLED的共振波的反节点位置附近；第一腔，相邻于该第一有源区域的该顶侧，其中该第一腔具有一厚度使得该第一腔从该第一有源区域的中间延伸第一距离；和第二腔，相邻于该第一有源区域的该底侧；其中该第一有源区域、该第一腔和该第二腔构造成使得该RCLED产生具有在红外区域中的中心波长的电磁辐射，并且其中该第一有源区域、该第一腔和该第二腔的总厚度约为或者小于2λ。2、 根据权利要求1所述的装置，其中该第一有源区域包含一至五个量 子阱。3、 根据权利要求2所述的装置，其中该第一有源区域包含三个量子阱。4、 根据权利要求1所述的装置，其中该量子阱由交替的InAs和InAsSb 层组成。5、 根据权利要求4所述的装置，其中每个量子阱具有InAs(k)Sbx成分， 其中x约为11%。.6、 根据权利要求4所述的装置，其中每个量子阱具有InAs(k)Sbx成分， 其中x约为13%。7、 根据权利要求6所述的装置，其中该第一腔和该第二腔至少之一的 厚度约为0.5X。8、 根据权利要求6所述的装置，其中该第一有源区域、该第一腔和该 第二腔的总厚度约为0.5 u9、 根据权利要求1所述的装置，其中该第二腔包括隧穿二极管和电子 限制势垒的至少之一。10、 根据权利要求1所述的装置，还包括相邻于该第二腔的底部的第二 反射器，该第二反射器包括四分之一波长分布布拉格反射器(DBR)堆叠。11、 根据权利要求IO所述的装置，其中该第二反射器包括8.5至17个 DBR对。12、 根据权利要求IO所述的装置，其中该第二反射器包括11至13个 DBR对。13、 根据权利要求11所述的装置，其中该第二反射器包括主要分别由 InAs和GaSb组成的交替区域。14、 根据权利要求1所述的装置，其中该RCLED构造成在空气中发射 具有约4.26微米的中心波长的红外辐射。15、 根据权利要求1所述的装置，其中该第一反射器构造成允许足量的 辐射穿过该第一反射器。16、 根据权利要求1所述的装置，其中该RCLE...
【专利技术属性】
技术研发人员：奥德里·纳尔逊，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：
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