一种中红外辐射发光二极管的制作方法

1.本实用新型涉及二极管电子器件技术领域，尤其涉及一种中红外辐射发光二极管。


背景技术：

2.中红外辐射发光二极管独特的工作原理决定了它与传统发光二极管和激光器不同的发光特性。与普通发光二极管相比，中红外辐射发光二极管的特点在于自发辐射产生的载流子受激辐射速度大于受激吸收速度，将会带来：(1)中红外辐射发光二极管的有源区达到粒子数反转分布条件，具有光增益特性，电光转换效率比发光二极管高很多；(2)中红外辐射发光二极管的功率－电流(l-i)曲线不是线性变化，而是呈现输出功率非线性增加；(3)超辐射光具有弱相干性，发射光谱和光束发散角变小。与激光器相比，中红外辐射发光二极管的特点在于器件内部只有单程光增益，将会带来：(1)中红外辐射发光二极管的电光转换效率比激光器低很多，为了达到与激光器相同的输出功率，需要注入更高的电流密度；(2)中红外辐射发光二极管的l-i曲线上不存在一个拐点(即激射电流阈值)，而是呈现输出功率超线性增加；(3)中红外辐射发光二极管的光功率不会集中在某个波长附近，而体现为高斯型宽光谱。因此，它的发光特性介于激光器与发光二极管之间，同时具有较高的输出功率与较宽的发射光谱，兼具激光器与发光二极管的主要优点，可以填补许多应用领域的光源空白，具有宽广的发展前景。
3.采用阵列结构是提高中红外辐射发光二极管性能的重要手段，中红外辐射发光二极管需要降低腔面反射率以抑制光振荡和选模过程，但符合这种要求的波往往结构庞大且形状不规则。这两个因素导致超辐射阵列结构将占用巨大的芯片空间，极大制约了器件的小型化与集成化。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种中红外辐射发光二极管，相比于传统的中红外辐射发光二极管具有更小的体积。
5.本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种中红外辐射发光二极管，包括管体，所述管体上部设置有脊型波导，其特征在于：所述脊型波导包括依次相连的竖直波导、斜向波导以及j型弯曲波导；所述竖直波导长度方向与腔面法线方向平行设置；所述j型弯曲波导为平滑过渡的弯钩形；所述斜向波导分别与竖直波导以及j型弯曲波导倾斜相交。
6.较佳的，所述斜向波导与腔面法线方向的夹角大于12
°
。
7.较佳的，所述竖直波导、斜向波导以及j型弯曲波导在腔面法线方向的投影长度依次增大。
8.较佳的，所述竖直波导、斜向波导以及j型弯曲波导在腔面法线方向的投影长度比例为：1:2:4。
附图说明
9.构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。
10.图1是中红外辐射发光二极管的平面结构示意图。
11.其中，1、管体；2、竖直波导；3、斜向波导；4、j型弯曲波导；41、直段部；42、弯钩部。
具体实施方式
12.以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
13.实施例：
14.一种中红外辐射发光二极管，参照图1，包括管体1，管体1上部设置有脊型波导，脊型波导包括依次相连的竖直波导2、斜向波导3以及j型弯曲波导4；竖直波导2长度方向与腔面法线方向平行设置；j型弯曲波导 4为平滑过渡的弯钩形；斜向波导3分别与竖直波导2以及j型弯曲波导4 倾斜相交。
15.其中，竖直波导2、斜向波导3以及j型弯曲波导4在腔面法线方向的投影长度依次增大，优选的，竖直波导2、斜向波导3以及j型弯曲波导4在腔面法线方向的投影长度比例为：1:2:4。斜向波导3与腔面法线方向的夹角大于12
°
。图中，竖直波导2、斜向波导3以及j型弯曲波导4 在腔面法线方向的投影长度分别为l1、l2和l3；α为斜向波导3与腔面法线方向的夹角。
16.在中红外辐射发光二极管的波导结构中，为了维持腔内净增益低于激射阈值以阻止激光的产生，如何减小腔面反射率以抑制光振荡是结构设计时需要重点考虑的因素。减小腔面反射率的常用方法是令波导结构倾斜一定角度，从而使光出射方向与腔面法线方向具有一定夹角。其中，放大自发辐射强度的最大值由材料自发辐射强度、器件腔面反射率和腔长决定。
17.本方案中的脊型波导采用分段式设计，倾斜腔面、倾斜波导和弯曲波导的形状紧凑、宽度均匀，它们的组合结构有利于阵列器件的实现。其中，倾斜波导两端的腔面反射率都比较低，因而其整体反射率最低，可以为分段式波导提供低反射率。弯曲波导在进一步降低分段式波导结构整体反射率的同时，还能够通过从弯端切除一定长度波导来灵活调节反射率。分段式波导由竖直波导2、斜向波导3和j型弯曲波导4三部分组成，波导结构中出现两次结构突变，在提供较低整体反射率的同时，也使每一个组件都成为提高光输出的“准谐振腔”。并且，这种结构能够通过改变结构参数以实现反射率的大范围调节。
18.虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。


技术特征：
1.一种中红外辐射发光二极管，包括管体(1)，所述管体(1)上部设置有脊型波导，其特征在于：所述脊型波导包括依次相连的竖直波导(2)、斜向波导(3)以及j型弯曲波导(4)；所述竖直波导(2)长度方向与腔面法线方向平行设置；所述j型弯曲波导(4)包括长度方向与腔面法线方向平行设置的直段部(41)以及与直段部(41)平滑弯曲过渡的弯钩部(42)；所述斜向波导(3)分别与竖直波导(2)以及j型弯曲波导(4)倾斜相交。2.根据权利要求1所述的一种中红外辐射发光二极管，其特征在于：所述斜向波导(3)与腔面法线方向的夹角大于12
°
。3.根据权利要求1所述的一种中红外辐射发光二极管，其特征在于：所述竖直波导(2)、斜向波导(3)以及j型弯曲波导(4)在腔面法线方向的投影长度依次增大。4.根据权利要求3所述的一种中红外辐射发光二极管，其特征在于：所述竖直波导(2)、斜向波导(3)以及j型弯曲波导(4)在腔面法线方向的投影长度比例为：1:2:4。

技术总结
本实用新型涉及一种中红外辐射发光二极管，其技术方案的要点是包括管体，所述管体上部设置有脊型波导，所述脊型波导包括依次相连的竖直波导、斜向波导以及J型弯曲波导；所述竖直波导长度方向与腔面法线方向平行设置；所述J型弯曲波导包括长度方向与腔面法线方向平行设置的直段部以及与直段部平滑弯曲过渡的弯钩部；所述斜向波导分别与竖直波导以及J型弯曲波导倾斜相交；本实用新型相比于传统的中红外辐射发光二极管具有更小的体积。外辐射发光二极管具有更小的体积。外辐射发光二极管具有更小的体积。


技术研发人员：张子旸 王洪培 姚中辉 陈红梅 蒋成 黄彦程
受保护的技术使用者：青岛翼晨镭硕科技有限公司
技术研发日：2022.08.31
技术公布日：2023/2/23