[发明专利]具备波长转换功能的有机/无机混合光学放大器

说明书

技术领域

本发明总体上与光学放大器有关。近一步来讲，本发明与具有红外成像功能的器件相关。

背景技术

目前，红外成像被广泛用于各种用途，包括夜视、监测、搜索营救、遥感和预防性保养。具备这些功能的成像器件通常由HgCdTe或InSb焦平面阵列构成。例如，量子阱红外光电探测器(QWIPs)能探测到中红外和远红外光线，并可利用光源产生输出电流。但是这类阵列的生产过程过于复杂，并且成本高昂。

H.C.Liu等人公开申请了两项红外热成像专利，分别为1996年10月22日加拿大国家研究委员会公布的第5567955号专利和2000年2月22日加拿大国家研究委员会公布的第6028323号专利，成像设备通过单片外延生长集成整合了GaAs QWIP与GaAs发光二极管(LED)。第一个专利将一个发光二极管与一个QWIP进行纵向集成。QWIP设备中因远红外(FIR)碰撞产生的电流激活了LED发射近红外(NIR)光子。借助硅电荷耦合器件(CCD)便可探测到这些红外光子，为高效探测仪器发明带来灵感。美国第602832号专利介绍的是一种用无像素方式向近红外上转换和成像的设备，调整设备和系统配置，保证设备的一个侧面既可以输入远红外能量，又能输出近红外能量。在以上两项专利中，器件的垂直集成化取决于LED层与同一个基底上QWIP层后续的外延生长。

2006年7月18日加拿大全国研究委员会公布的第7079307号美国专利中，H.C.Liu、D.Ban和H.Luo介绍了一种纵向集成了光电探测器(PD)、雪崩倍增器(放大器)和无机发光二极管(LED)的波长转换器件，这可通过两种途径实现：第一，通过同一个晶圆不同功能层的后续外延生长；第二，通过不同晶圆上功能层生长的晶圆键合。当波长上转换集中在1.1-1.65μm和小于1.0μm(例如872nm或923nm)时，可被硅电荷耦合器件(CCD)摄像机探测到。晶圆接合技术可用于将不同的功能单元整合成一个器件，消除了无机半导体材料外延生长的晶格高度匹配的要求。

晶圆键合是一种先进的生产技术，可集成各种异质半导体材料，无需考虑晶格常数。简单来说，晶圆键合就是一种直接结合，即在没有中间隔层的两种晶圆/材料异质界面之间形成化学键。晶圆键合不再存在晶格匹配材料的问题，同时让新型半导体光电子器件设计有了更大的空间。

第5567955号美国专利和第6028323号美国专利分别介绍了生产像素化和非像素化QWIP-LED成像设备的方法，也可用于制造像素化和非像素化的上转换成像设备。此类器件的构造可能会产生台面腐蚀，同时电触头还可能会产生金属沉积。为了提高设备性能，还可以采用其他措施，如在设备顶层表面涂上防反射涂层，安装微透镜。

上述方法和设备生产起来通常比较复杂，而且价格高昂。因此我们需要一种器件及其制备方法，即具有较高性能的光学放大器。

发明内容

第一，首先介绍有机/无机混合光学放大器，包括以下部分：

(a)一个已连到电路上且带有接触电极的基极层

(b)一个具备内建增益功能的光电导元件；以及

(c)一个连接到有机电致发光元件的光电导元件反光镜，

因为对光电导元件、反光镜和电致发光元件进行了集成，因此：(A)采用光电导元件或光电导元件暴露给电磁辐射后，会产生载流子电荷；(B)根据基极层的电荷电流，光电导元件会向电致发光元件发送载流子，从而将红外光转换为可见光。

第二，光电导元件既是异质结光电晶体管元件又是光电导探测器。

第三，光电导元件是一个无机异质结光电晶体管(HPT)。第四，HPT是一个基于InGaAs/InP的HPT结构。

第五，光学反光镜是一个嵌入式金属电极镜，既是反光镜，又是电荷注入电极。

第六，电致发光元件是一个有机发光二极管(OLED)。

该器件能够放大入射光，并产生功率大于入射光信号的反射光。另一方面，该器件还能探测到射入的红外电磁波，并将其转换为可见光波。该器件具有放大光功率和光子能量上转换两种功能。

第七，集成器件不仅能放大入射光功率，而且还能将入射的光信号从红外光转换为可见光。