[發(fā)明專利]一種光療用紅黃光芯片的外延結(jié)構(gòu)及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110307977.8
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113161454B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅軼;張健;郭慶霞;易斌;吳雪
• 申請（專利權(quán)）人: 北京創(chuàng)盈光電醫(yī)療科技有限公司
• 主分類號: H01L33/02
• 分類號: H01L33/02;H01L33/04;H01L33/06;H01L33/10;H01L33/40;H01L33/00;A61N5/06
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 張瑞雪

本申請涉及發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域和光醫(yī)療器械領(lǐng)域，具體公開了一種光療用紅黃光芯片的外延結(jié)構(gòu)及制備方法。光療用紅黃光芯片的外延結(jié)構(gòu)包括GaAs襯底層以及依次設(shè)于GaAs襯底層上的超輻射發(fā)光二級管區(qū)、隧道結(jié)和發(fā)光二極管區(qū)，超輻射發(fā)光二級管區(qū)包括第一波導(dǎo)層、第一量子阱層以及第二波導(dǎo)層，第一量子阱層設(shè)于第一波導(dǎo)層與第二波導(dǎo)層之間，且第二波導(dǎo)層位于第一波導(dǎo)層上方。本申請的光療用紅黃光芯片可作為光療儀的光源，與傳統(tǒng)的發(fā)光二極管光源相比，具有頻率分布集中度高，半波寬窄的優(yōu)點，有利于提高治療效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域和光醫(yī)療器械領(lǐng)域，更具體地說，它涉及一種光療用紅黃光芯片的外延結(jié)構(gòu)及制備方法。

背景技術(shù)

光療技術(shù)已經(jīng)有上百年的發(fā)展歷史，通常被用于治療皮膚病。在光療技術(shù)的發(fā)展過程中，可見光光療、紅外線光療、紫外線光療等光療方法相繼形成。理想的光療儀應(yīng)當(dāng)具備以下特征(1)光的頻率分布集中度高；(2)光照均勻。

紅黃光光療屬于可見光光療的一種，紅黃光對人體穿透能力強，療效顯著，因此在臨床治療的各領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。目前，隨著發(fā)光二極管技術(shù)的快速發(fā)展，發(fā)光二極管已經(jīng)取代傳統(tǒng)光源，成為紅黃光光療所使用的主要光源。發(fā)光二極管由PN結(jié)組成，當(dāng)在發(fā)光二極管中通入電流時，來自n區(qū)的電子與來自p區(qū)的空穴在p區(qū)與n區(qū)的交界處復(fù)合，并釋放能量發(fā)光。由于電子與空穴的復(fù)合具有隨機性，因此與傳統(tǒng)光療光源相比，發(fā)光二極管具有較大的發(fā)光角度和較大的覆蓋面積。

針對上述中的相關(guān)技術(shù)，發(fā)明人認(rèn)為，當(dāng)使用發(fā)光二極管作為光療儀的光源時，雖然發(fā)光二極管實現(xiàn)了較大的發(fā)光角度，但由于電子與空穴復(fù)合具有隨機性，發(fā)光二極管發(fā)光的頻率分布較為分散，導(dǎo)致半波寬較寬，出射光中有一部分并未對治療起作用，難以達(dá)到較好的治療效果。

發(fā)明內(nèi)容

為了改善紅黃光發(fā)光二極管的半波寬較寬，難以達(dá)到較好的治療效果的缺陷，本申請?zhí)峁┮环N光療用紅黃光芯片的外延結(jié)構(gòu)及制備方法。

第一方面，本申請?zhí)峁┮环N光療用紅黃光芯片的外延結(jié)構(gòu)，采用如下的技術(shù)方案：一種光療用紅黃光芯片的外延結(jié)構(gòu)，包括GaAs襯底層以及依次設(shè)于GaAs襯底層上的超輻射發(fā)光二級管區(qū)、隧道結(jié)和發(fā)光二極管區(qū)，所述超輻射發(fā)光二級管區(qū)包括第一波導(dǎo)層、第一量子阱層以及第二波導(dǎo)層，所述第一量子阱層設(shè)于第一波導(dǎo)層與第二波導(dǎo)層之間，且所述第二波導(dǎo)層位于第一波導(dǎo)層上方。

通過采用上述技術(shù)方案，工作時，外加電流經(jīng)過發(fā)光二極管區(qū)向下傳播，依靠隧穿效應(yīng)穿過隧道結(jié)，然后再經(jīng)過發(fā)光二極管區(qū)，最終從襯底層離開。在電流的驅(qū)動下，電子與空穴在第一量子阱層內(nèi)結(jié)合并發(fā)光。第一量子阱層發(fā)出的光受到第一波導(dǎo)層和第二波導(dǎo)層的約束，半波寬以及發(fā)光角度均減小，然后向上傳播并穿過隧道結(jié)，最終與發(fā)光二極管區(qū)發(fā)出的光共同離開芯片。當(dāng)超輻射發(fā)光二級管區(qū)發(fā)出的光與發(fā)光二極管區(qū)發(fā)出的光混合之后，雖然發(fā)光角度有所減小，但與單獨設(shè)置超輻射發(fā)光二極管區(qū)的情況相比，發(fā)光角度仍然較大；與單獨設(shè)置發(fā)光二極管區(qū)時相比，光的半波寬平均化，總體的半波寬減小，光的頻率的分布更加集中，從而有利于提高治療效果。

優(yōu)選的，所述發(fā)光二極管區(qū)包括依次設(shè)置于隧道結(jié)上方的n型GaAs層、第二量子阱層以及p型GaAs層。

通過采用上述技術(shù)方案，當(dāng)外加電流經(jīng)過發(fā)光二極管區(qū)時，n型GaAs層提供的電子與p型GaAs層提供的空穴受到電流的驅(qū)動，在第二量子阱層內(nèi)復(fù)合并發(fā)光。由于n型GaAs層與p型GaAs層僅起到提供載流子的作用，并不具備對光的約束效果，因此發(fā)光二極管區(qū)發(fā)出的光同時具有較大的半波寬和較大的發(fā)光角度。

優(yōu)選的，所述GaAs襯底層與第一波導(dǎo)層之間設(shè)有第一反射層，所述隧道結(jié)與第二波導(dǎo)層之間設(shè)有第二反射層，所述第一反射層的反射率大于第二反射層的反射率。