光学单元的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种光学单元（4），该光学单元具有至少一个被设立用于电致发光的光学半导体器件（16）单元，利用所述光学半导体器件能产生围绕辐射最大值分布的电磁辐射，其特征在于至少一个被布置在电磁辐射的光路中的短通边缘滤波器，所述短通边缘滤波器的极限波长（λlow-pass）比辐射最大值的波长（λpeak）大能预先给定的数值。
【专利说明】光学单元
【技术领域】
[0001]具有被设立用于电致发光的光学半导体器件的光学单元是已知的。光学半导体器件可以被构造为发光二极管，利用所述发光二极管能产生围绕辐射最大值分布的电磁辐射。
【背景技术】
[0002]由光学半导体器件所产生的电磁辐射围绕辐射最大值的分布特别是由相应材料的导带中和价带中的相应的状态密度以及由以载流子对可能状态的相应占据来决定，其中在该相应材料中电磁辐射应该被产生。对可能状态的占据可以通过费米-狄拉克统计来描述并且是依赖于温度的。可能状态的占据的温度依赖性导致由光学半导体元件所产生的电磁辐射围绕辐射最大值的分布随着温度增加而变得更宽。由具有层结构的光学半导体器件所产生的电磁辐射的传播此外可以由层厚度变化和各个层的组成中的不均匀性来决定。
【发明内容】
[0003]本发明的主题是具有至少一个被设立用于电致发光的光学半导体器件的光学单元，利用该光学半导体器件能产生围绕辐射最大值分布的电磁辐射，该光学单元的特征在于至少一个被布置在电磁福射的光路中的短通边缘滤波器(Kurzpasskantenfilter),该短通边缘滤波器的极限波长比辐射最大值的波长大能预先给定的数值。
[0004]借助短通边缘滤波器，由光学半导体器件所产生的电磁辐射被滤波，使得具有比该短通边缘滤波器的极限波长大的波长的电磁辐射从由该光学半导体元件所产生的电磁辐射的光谱中被去除。由此实现，由光学单元所发射的电磁辐射不再包含该被滤除的较长波的光谱范围。
[0005]在技术上基本上不能实现电磁辐射仅仅产生在光学半导体器件的pn结的范围内。代替于此，由光学半导体器件所产生的电磁辐射通常包含特别是通过空穴发光所产生的较长波的光谱分量，所述光谱分量例如由光学半导体器件的P型区中的电磁辐射的产生决定。较长波的电磁辐射的这种大多不期望的产生特别是由光学半导体器件的通常的层结构以及用于层的材料的相应的质量决定。通过短通边缘滤波器的根据本发明的使用，所提到的较长波的光谱分量可以从由光学半导体器件所产生的电磁辐射中被去除。由此可以实现关于由光学半导体器件所产生的电磁辐射的很高的光谱纯度。
[0006]根据一种有利的扩展方案，短通边缘滤波器被集成到光学半导体器件中。由此赋予光学单元节省空间的、紧凑的结构。
[0007]根据一种替代的有利的扩展方案，短通边缘滤波器被布置在光学单元的另外的光学元件处。作为光学元件可以考虑例如透镜、光学窗口、反射镜、纤维组件或诸如此类的。
[0008]另一种有利的扩展方案规定，短通边缘滤波器被构造为吸收滤波器、反射滤波器或法布里-珀罗干涉仪。反射滤波器例如可以被构造为介质反射镜、特别是Bragg反射镜(“distributed Bragg reflector (分布式Bragg反射器)”;DBR)。这有以下优点，即短通边缘滤波器的极限波长不是如在吸收滤波器的情况下可能的情况那样强烈地依赖于分别存在着的温度。由此实现由相应地被构型的光学单元所发射的电磁辐射的波长范围的稳定。被构造为法布里-珀罗干涉仪的短通边缘滤波器根据其谐振腔的调节只让具有很窄带宽的电磁辐射通过。
[0009]此外被认为有利的是，短通边缘滤波器的极限波长比以下的波长小，该波长大于辐射最大值的波长并且在该波长处由光学半导体器件所产生的电磁辐射的辐射强度下降到辐射最大值的辐射强度的一半。由此可以实现，由光学半导体器件所产生的、波长大于电磁辐射的辐射最大值的波长的电磁辐射尽最大可能地不被该光学单元发射。
[0010]根据另一种有利的扩展方案,光学单兀具有至少一个被布置在电磁福射的光路中的长通边缘滤波器，该长通边缘滤波器的极限波长比辐射最大值的波长小能预先给定的数值。借助该长通边缘滤波器，由光学半导体器件所产生的电磁辐射被滤波，使得波长小于该长通边缘滤波器的极限波长的电磁辐射从由该光学半导体元件所产生的电磁辐射的光谱中被去除。由此实现，由光学单元所发射的电磁辐射不再包含被滤除的较短波的光谱范围。具有上面所提到的短通边缘滤波器和这样的长通边缘滤波器的光学单元可以用于发射在被强烈限制的波长范围内的电磁辐射。例如这样的波长范围可以具有2 nm的宽度。由此，单元特别是因为很多气体分子的吸收带具有I nm到2 nm的宽度，相应的光学单元很好地适合于分光镜应用。
[0011]根据另一种有利的扩展方案，长通边缘滤波器被集成到光学半导体器件中。由此赋予光学单元节省空间的、紧凑的结构。
[0012]此外被认为有利的是，长通边缘滤波器被布置在光学单元的另外的光学元件处。作为光学元件在此也可以考虑例如透镜、光学窗口、反射镜、纤维组件或诸如此类的。
[0013]根据另一种有利的扩展方案，长通边缘滤波器被构造为吸收滤波器、反射滤波器或法布里-珀罗干涉仪。反射滤波器例如可以被构造为介质反射镜、特别是Bragg反射镜(“distributed Bragg reflector” ;DBR)。这有以下优点，即长通边缘滤波器的极限波长不是如在吸收滤波器的情况下可能的情况那样强烈地依赖于分别存在着的温度。由此实现由相应地被构型的光学单元所发射的电磁辐射的波长范围的稳定。作为用于构造反射滤波器或吸收滤波器的材料可以使用氮化铝镓(AlGaN)。被构造为法布里-珀罗干涉仪的长通边缘滤波器根据其谐振腔的调节只让具有很窄带宽的电磁辐射通过。
[0014]另一种有利的扩展方案规定，长通边缘滤波器的极限波长比以下的波长大，该波长小于辐射最大值的波长并且在该波长处由光学半导体器件所产生的电磁辐射的辐射强度下降到辐射最大值的辐射强度的一半。由此可以实现，由光学半导体器件所产生的、波长小于电磁辐射的辐射最大值的波长的电磁辐射尽最大可能地不被该光学单元发射。
[0015]此外被认为有利的是，光学半导体器件产生UVC范围内的电磁辐射。恰好在这样的产生相对短波的范围内的电磁辐射的光学半导体器件的情况下，出现在较长波的范围内的干扰性的电磁辐射，该干扰性的电磁辐射可以利用短通边缘滤波器从该电磁辐射中被滤除。光学半导体器件可以替代地被构造用于产生在其它的光谱范围内的电磁辐射。例如光学半导体器件可以产生可见光谱范围内的或IR光谱范围内的电磁辐射。
[0016]此外，本发明的主题是一种用于探测流体中的至少一种物质的系统，该系统具有至少一个发射电磁辐射的光学单元和至少一个光学探测单元，其特征在于，该光学单元根据上述扩展方案之一或上述扩展方案的任意组合来构造。因此上面所提到的优点被结合。该系统特别是可以被用于分光镜目的。
[0017]通过使用至少一个具有短通边缘滤波器和长通边缘滤波器的光学单元，由光学单元所发射的电磁辐射的光谱宽度可以最佳地适配于气体分子的相对窄带的吸收光谱，由此光学单元的发射光谱的由要探测的物质吸收的分量变得更大并且因此相应系统的灵敏度被改进。在同时使用多个发射不同光谱范围内的电磁辐射的光学单元的情况下，特别是因为由各个光学单元所发射的电磁辐射的光谱不相互地重叠，通过适当地选择短通边缘滤波器和长通边缘滤波器可以改进选择性。因此可以运行具有多个光学单元和唯一的光学探测单元的相应的系统，该光学探测单元在相对大的光谱范围上是灵敏的。
[0018]该光学系统可以被用于探测气体和/或液体中的物质。该光学系统可以示例性地被用作废气传感器。此外，该光学系统例如可以在医疗技术中、在呼吸气体分析中、在商标识别中、在片上实验室应用中、在通风设备中、在气候控制中和在娱乐电子设备中、诸如在智能电话中、在游戏机或诸如此类的中被用于探测包含在流体中的物质。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]在下文中参考附图借助优选的实施例示范性地解释本发明，其中随后所示出的特征不仅可以分别本身来说而且可以以不同的相互组合是本发明的一个方面。其中:
图1示出光学半导体器件的发射光谱、长通边缘滤波器的透射光谱和短通边缘滤波器的反射光谱的一个实施例的示意图，
图2示出根据本发明的光学单元的结构的一个实施例的示意图，以及图3示出根据本发明的系统的一个实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0020]图1示出被设立用于电致发光的光学半导体器件的发射光谱1、由氮化铝镓构成的长通边缘滤波器的透射光谱2和作为介质反射镜来构造的短通边缘滤波器的反射光谱3的一个实施例的示意图，其中长通边缘滤波器和短通边缘滤波器被布置在可由光学半导体器件产生的电磁辐射的光路中。
[0021]由光学半导体器件所产生的电磁辐射在波长λ peak = 227 nm时具有辐射最大值并具有半值宽度(“Full Width at Half Maximum (半峰全宽)”)FffHM = 9 nm,即发射UVC光谱范围内的电磁辐射。短通边缘滤波器具有极限波长λ low_pass = 230 nm,即比辐射最大值的波长λρΜ--大能预先给定的数值、即大3nm的极限波长λ?Μ_ρ_。此外，短通边缘滤波器的极限波长XlOT_pass比以下的波长小，该波长大于辐射最大值的波长λ _,并且在该波长处由光学半导体器件所产生的电磁辐射的辐射强度下降到辐射最大值的辐射强度的一半。长通边缘滤波器的极限波长λ cut_off = 225 nm比辐射最大值的波长λ peak小能预先给定的数值、即小2nm。此外，长通边缘滤波器的极限波长λ心_。?比以下的波长大，该波长小于辐射最大值的波长λ peak并且在该波长处由光学半导体器件所产生的电磁辐射的辐射强度下降到辐射最大值的辐射强度的一半。通过借助短通边缘滤波器和长通边缘滤波器对由光学半导体器件所产生的电磁辐射进行滤波，光学单元发射具有5 nm的光谱宽度的电磁辐射。
[0022]图2示出根据本发明的光学单元4的结构的一个实施例的示意图。该光学单元4包括由氮化镓(GaN)构成的P型接触层5、由氮化招镓(AlGaN)构成的p型注入层6、p型电子阻挡层7、势垒层8和形成活跃的量子阱(Quantengraben)的层9。层9具有带隙波长λρεΛ = 227 ηπι。电子阻挡层7和势垒层8的带隙波长小于λ peak。此外，该光学单元4包括由氮化铝镓(AlGaN)构成的η型缓冲层10，该η型缓冲层的带隙波长同样小于λ peak。该光学单元4此外具有构造长通边缘滤波器的层11，其中该长通边缘滤波器可以被构造为吸收滤波器、反射滤波器或吸收滤波器和反射滤波器的组合。该长通边缘滤波器具有极限波长入cut-off = 225 nm。该光学单元4此外具有由氮化铝镓(AlGaN)构成的缓冲层12、由氮化铝(AlN)构成的缓冲层13和对于可由层9产生的电磁辐射透明的、例如由氮化铝、蓝宝石或二氧化硅构成的衬底层14，其中这些层12、13和14的带隙波长小于λρΜ--。此外，该光学单元4具有构造短通边缘滤波器的层15，其中该短通边缘滤波器被构造为介质反射镜或法布里-珀罗干涉仪。层5到10和层12到14形成光学半导体器件16，长通边缘滤波器通过层11并且短通边缘滤波器通过层15被集成在该光学半导体器件中。
[0023]图3示出根据本发明的用于探测流体21中的至少一种物质的系统17的一个实施例的示意图。该系统17具有两个发射电磁辐射19和20的光学单元4并且具有光学探测单元18。由光学单元4所产生的电磁辐射19和20在其通向光学探测单元18的路径上延伸通过流体21。如果在流体21中存在物质，所述物质的吸收带与至少一个光学单元4的发射光谱重叠，那么发生相应的电磁辐射的吸收，这可以借助该光学探测单元18来检测。
【权利要求】
1.光学单元(4)，具有至少一个被设立用于电致发光的光学半导体器件(16)单元，利用所述光学半导体器件能产生围绕辐射最大值分布的电磁辐射，其特征在于至少一个被布置在所述电磁辐射的光路中的短通边缘滤波器，所述短通边缘滤波器的极限波长(λ l?-pass)比所述福射最大值的波长(Xpffiik)大能预先给定的数值。
2.根据权利要求1所述的光学单元(4)，其特征在于，所述短通边缘滤波器被集成到所述光学半导体器件(16)中。
3.根据权利要求1所述的光学单元(4)，其特征在于，所述短通边缘滤波器被布置在所述光学单元(4)的另外的光学元件处。
4.根据上述权利要求之一所述的光学单元(4)，其特征在于，所述短通边缘滤波器被构造为吸收滤波器、反射滤波器或法布里-珀罗干涉仪。
5.根据上述权利要求之一所述的光学单元(4)，其特征在于，所述短通边缘滤波器的极限波长(λ low_pass)比以下的波长小，所述波长大于所述辐射最大值的波长(Apeak)并且在所述波长处由所述光学半导体器件(16)所产生的电磁辐射的辐射强度下降到所述辐射最大值的辐射强度的一半。
6.根据上述权利要求之一所述的光学单元(4)，其特征在于至少一个被布置在所述电磁辐射的光路中的长通边缘滤波器，所述长通边缘滤波器的极限波长(λ cut_off)比所述辐射最大值的波长(Apeak)小能预先给定的数值。
7.根据权利要求5所述的光学单元(4)，其特征在于，所述长通边缘滤波器被集成到所述光学半导体器件(16)中。
8.根据权利要求5所述的光学单元(4)，其特征在于，所述长通边缘滤波器被布置在所述光学单元(4)的另外的光学元件处。
9.根据权利要求5到7之一所述的光学单元(4)，其特征在于，所述长通边缘滤波器被构造为吸收滤波器、反射滤波器或法布里-珀罗干涉仪。
10.根据权利要求5到8之一所述的光学单元(4)，其特征在于，所述长通边缘滤波器的极限波长(入心_。?)比以下的波长大，所述波长小于所述辐射最大值的波长(Xpeak)并且在所述波长处由所述光学半导体器件(16)所产生的电磁辐射的辐射强度下降到所述辐射最大值的辐射强度的一半。
11.根据上述权利要求之一所述的光学单元(4)，其特征在于，所述光学半导体器件(16)产生UVC范围内的电磁辐射。
12.用于探测流体(21)中的至少一种物质的系统(17)，具有至少一个发射电磁辐射的光学单元(4)和至少一个光学探测单元(18)，其特征在于，所述光学单元(4)根据上述权利要求之一来构造。
【文档编号】H01L33/10GK104253183SQ201410291461
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2013年6月27日
【发明者】R.菲克斯, P.松斯特勒姆, M.克奈斯尔, M.韦耶斯 申请人:罗伯特·博世有限公司