一種發(fā)光二極管及光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管及采用該發(fā)光二極管的光學(xué)相干層析(OCT)成像系統(tǒng)。所述發(fā)光二極管器件基于InPBi發(fā)光層材料，其具有超過現(xiàn)有超輻射發(fā)光二極管的寬光譜特性。采用InPBi發(fā)光層的發(fā)光二極管作為寬光譜光源的OCT系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，軸向分辨率提高4-6倍，在醫(yī)學(xué)診斷上具有良好的應(yīng)用前景?；贗nPBi材料的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以通過分子束外延、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積等多種成熟的材料工藝進(jìn)行生長(zhǎng)；器件制備工藝簡(jiǎn)單成熟，易控制。因此利用本發(fā)明可以有效克服現(xiàn)有相關(guān)相干成像系統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)的局限，而且工藝簡(jiǎn)單、成熟、可控，具有極高的產(chǎn)業(yè)價(jià)值。
【專利說明】一種發(fā)光二極管及光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于具有極寬光譜的InPBi發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)及其在光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展，微創(chuàng)成像技術(shù)給人類帶來越來越多的福利。光學(xué)相干層析成像技術(shù)(OCT)是一種非侵入式的光學(xué)成像診斷方法，采用低相干寬光譜光源，通過邁克爾遜干涉儀使參考光源和生物組織的散射光進(jìn)行干涉，并將含有生物組織信息的干涉光采用探測(cè)器接收并用計(jì)算機(jī)分析，從而提取出生物組織信息。由于在診斷中采用低相干寬光譜光源，使得生物組織的層析效果明顯，軸向分辨率可以達(dá)到微米量級(jí)。同其他的診斷方式相t匕，這種方法兼具較高的軸向分辨率和較深的穿透深度，廣泛應(yīng)用于人類眼部及其它軟組織病變的觀察。
[0003]軸向分辨率和探測(cè)深度是衡量OCT系統(tǒng)性能的兩個(gè)重要指標(biāo)，而這兩者又和光源的選擇直接相關(guān)。光源的帶寬決定了系統(tǒng)的軸向分辨率，光源的中心波長(zhǎng)決定了成像深度。為了獲得較高的軸向分辨率，必須采用帶寬較寬的光源，帶寬越寬，軸向分辨率越高。目前在OCT系統(tǒng)中廣泛采用超輻射發(fā)光二極管作為光源，其成本低廉，輸出功率較高，但由于其帶寬只能達(dá)到數(shù)十納米，因此目前其軸向分辨率只能達(dá)到6微米。要達(dá)到更高的分辨率，必須采用光譜更寬的發(fā)光光源。成像深度取決于生物組織對(duì)入射光的吸收情況。OCT技術(shù)最初主要用于人眼檢測(cè)，由于眼部水的吸收效應(yīng)較為嚴(yán)重，最初OCT技術(shù)普遍采用光譜范圍為700?1500nm的光源，隨著OCT技術(shù)的發(fā)展以及人體其他組織觀察的需求，迫切需要拓展其他波長(zhǎng)范圍光源。比如黑色素的吸收系數(shù)隨著光子波長(zhǎng)的增加而減小，因此檢測(cè)黑色素的含量需要采用更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光源。如何獲得發(fā)光波長(zhǎng)更長(zhǎng)、且光譜范圍更寬的材料并制作滿足OCT技術(shù)需求的光源是進(jìn)一步拓展OCT應(yīng)用需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)光二極管及光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的發(fā)光二極管發(fā)光波長(zhǎng)較短、且光譜范圍較窄的問題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管，所述發(fā)光二極管的器件結(jié)構(gòu)包括襯底；形成于所述襯底上的下電極層；形成于所述下電極層上與下電極層導(dǎo)電類型相同的下勢(shì)壘層；形成于所述下勢(shì)壘層上的含有InPBi材料的發(fā)光層；形成于所述發(fā)光層上與所述下電極層導(dǎo)電類型相反的上勢(shì)壘層；以及形成于所述上勢(shì)壘層上與所述下電極層導(dǎo)電類型相反的上電極層。
[0006]優(yōu)選地，當(dāng)所述襯底為η型或者P型時(shí)，所述下電極層與該襯底導(dǎo)電類型相同；當(dāng)所述襯底為半絕緣型時(shí)，所述下電極層為η型或者P型。
[0007]優(yōu)選地，所述上勢(shì)壘層和下勢(shì)壘層的厚度分別在O?10微米之間。[0008]優(yōu)選地，所述含有InPBi材料的發(fā)光層為InPBi單層的發(fā)光材料或者為有周期性排列的InPBi/勢(shì)壘層結(jié)構(gòu)。
[0009]優(yōu)選的，所述上電極層、下電極層、上勢(shì)壘層、勢(shì)壘層以及下勢(shì)壘層為磷化物、砷化物或銻化物材料。
[0010]本發(fā)明還包括一種光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括樣品臺(tái)、采用權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)可發(fā)出低相干光的發(fā)光二極管、分束器、動(dòng)鏡、探測(cè)器和服務(wù)器。各部分的作用如下:樣品臺(tái)用于放置待分析樣品；
[0011]發(fā)光二極管發(fā)出具有極寬光譜特性的低相干光；
[0012]分束器將發(fā)光二極管發(fā)出的低相干光分成兩束，一束照射到待分析樣品上，經(jīng)樣品散射后形成信號(hào)光，另一束經(jīng)過動(dòng)鏡的反射形成參考光；
[0013]動(dòng)鏡將一束低相干光反射到探測(cè)器上形成參考光；
[0014]探測(cè)器用于探測(cè)信號(hào)光和參考光形成的干涉信號(hào)，并將干涉信號(hào)通過放大器傳給服務(wù)器；放大器用于放大干涉信號(hào)；
[0015]服務(wù)器用于接收干涉信號(hào)并通過傅里葉變換還原信號(hào)光，從而獲得待分析樣品的信息。
[0016]本發(fā)明還包括一種采用上述的光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)的光學(xué)相干層析成像方法，其特征在于:該光學(xué)相干層析成像方法包括以下步驟:
[0017](I)從發(fā)光二極管發(fā)出的光被分束器分成兩束光，一束光透過分束器后照射到樣品臺(tái)的待分析樣品上，經(jīng)過樣品散射，隨后經(jīng)分束器偏轉(zhuǎn)后被探測(cè)器接收形成信號(hào)光；
[0018](2)另一束光經(jīng)分束器后到達(dá)動(dòng)鏡，經(jīng)動(dòng)鏡反射后透過分束器到達(dá)探測(cè)器上形成參考光，該參考光與信號(hào)光干涉，經(jīng)過放大器放大后的干涉信號(hào)傳輸給服務(wù)器；
[0019](3)由服務(wù)器進(jìn)行反傅立葉變換后還原出信號(hào)光，從而獲得待分析樣品的信息。本發(fā)明基于InPBi材料的發(fā)光二極管具有超過現(xiàn)有超輻射發(fā)光二極管的寬光譜特性，當(dāng)Bi元素的原子百分含量為1.1%時(shí)，其室溫發(fā)光譜的波長(zhǎng)覆蓋范圍達(dá)到1.3?2.7 μ m，半峰寬達(dá)到650nm。采用InPBi發(fā)光二極管作為寬光譜光源的OCT系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，軸向分辨率提高4-6倍，在醫(yī)學(xué)診斷上具有良好的應(yīng)用前景。采用InPBi材料的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以通過分子束外延、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積等多種成熟的材料工藝進(jìn)行生長(zhǎng)；器件制備工藝簡(jiǎn)單成熟，易控制。因此利用本發(fā)明可以有效克服現(xiàn)有相關(guān)相干成像系統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)的局限，而且工藝簡(jiǎn)單、成熟、可控，具有極高的產(chǎn)業(yè)價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明中采用上述發(fā)光二極管作為光源的光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)(OCT)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為本發(fā)明實(shí)施例一中選定具體材料的、不含有勢(shì)壘層的InPBi發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖4為本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖5為本發(fā)明實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖6為實(shí)施例三中選定具體材料的、含有勢(shì)壘層以及周期性InPBi/勢(shì)壘層發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]元件標(biāo)號(hào)說明
[0027]InP 襯底10
[0028]下電極層20
[0029]InPBi 發(fā)光層30
[0030]上電極層40
[0031]下勢(shì)壘層50
[0032]上勢(shì)壘層60
[0033]周期性InPBi/勢(shì)壘層結(jié)構(gòu)70
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0035]請(qǐng)參閱附圖所示。需 要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，因此圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可隨意改變，且其組件布局型態(tài)也可更為復(fù)雜。
[0036]本發(fā)明提供一種新型的OCT系統(tǒng)，該系統(tǒng)所采用的光源為基于InPBi材料的發(fā)光二極管，該發(fā)光二極管具有極寬的發(fā)光譜，采用該發(fā)光二極管之后可以大幅提高OCT系統(tǒng)的軸向分辨率。本發(fā)明專利的核心創(chuàng)新之處在于將具有極寬發(fā)光光譜的InPBi發(fā)光二極管應(yīng)用在OCT系統(tǒng)中，從而有效提高系統(tǒng)的軸向分辨率。以下的實(shí)施例從不同結(jié)構(gòu)的InPBi發(fā)光二極管器件結(jié)構(gòu)的制作角度及采用該發(fā)光二極管后的OCT系統(tǒng)對(duì)本發(fā)明專利進(jìn)行闡述。
[0037]如圖1所示，該系統(tǒng)所采用的寬光譜光源為基于InPBi材料的發(fā)光二極管，從該發(fā)光二極管發(fā)出的低相干光經(jīng)過分束器之后分成兩束光，一束光透過分束器后照射到樣品上，經(jīng)過樣品散射，隨后經(jīng)分束器偏轉(zhuǎn)后被探測(cè)器接收形成信號(hào)光Es ;另一束光經(jīng)分束器后到達(dá)動(dòng)鏡，經(jīng)動(dòng)鏡反射后透過分束器到達(dá)探測(cè)器上形成參考光民，與信號(hào)光Es干涉，經(jīng)過放大器放大后的干涉信號(hào)傳輸給服務(wù)器，并由服務(wù)器進(jìn)行反傅立葉變換后還原出信號(hào)光，從而獲得物體的/[目息。
[0038]相比于目前商用的基于常規(guī)超輻射發(fā)光二極管的系統(tǒng)，在光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)中采用了 InPBi發(fā)光二極管作為光源后，由于其極寬的發(fā)光譜，在中心波長(zhǎng)相近的情況下，該系統(tǒng)的軸向分辨率可提高4-6倍，詳見下表為已報(bào)道的超輻射發(fā)光二極管與本發(fā)明制備的新型InPBi材料的發(fā)光性能及軸向分辨率比較:
[0039]
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光二極管，其特征在于:所述發(fā)光二極管包括: 襯底； 形成于所述襯底上的下電極層； 形成于所述下電極層上的下勢(shì)壘層； 形成于所述下勢(shì)壘層上的含有InPBi材料的發(fā)光層； 形成于所述InPBi發(fā)光層上的上勢(shì)壘層； 以及形成于所述上勢(shì)壘層上與所述下電極層導(dǎo)電類型相反的上電極層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:當(dāng)所述襯底為η型或者P型時(shí)，所述下電極層與該襯底導(dǎo)電類型相同；當(dāng)所述襯底為半絕緣型時(shí)，所述下電極層為η型或者P型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述上勢(shì)壘層和下勢(shì)壘層的厚度分別在O?10微米之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述下勢(shì)壘層導(dǎo)電類型與所述下電極層相同；所述上勢(shì)壘層與所述上電極層的導(dǎo)電類型相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述含有InPBi材料的發(fā)光層為InPBi單層的發(fā)光材料或者為有周期性排列的InPBi/勢(shì)壘層結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管，其特征在于:所述上電極層、下電極層、上勢(shì)壘層、勢(shì)壘層以及下勢(shì)壘層為磷化物、砷化物或銻化物材料。
7.一種光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括: 樣品臺(tái)、采用權(quán)利要求1-6任意一項(xiàng)可發(fā)出低相干光的發(fā)光二極管、分束器、動(dòng)鏡、探測(cè)器、放大器和服務(wù)器； 所述樣品臺(tái)用于放置待分析樣品； 所述發(fā)光二極管發(fā)出具有極寬光譜特性的低相干光； 所述分束器將發(fā)光二極管發(fā)出的低相干光分成兩束，一束照射到待分析樣品上，經(jīng)樣品散射后形成信號(hào)光，另一束經(jīng)過動(dòng)鏡的反射形成參考光； 所述動(dòng)鏡將一束低相干光反射到探測(cè)器上形成參考光； 所述探測(cè)器用于探測(cè)信號(hào)光和參考光形成的干涉信號(hào)，并將干涉信號(hào)通過放大器傳給服務(wù)器； 所述放大器用于放大干涉信號(hào)； 所述服務(wù)器用于接收干涉信號(hào)并通過傅里葉變換還原信號(hào)光，從而獲得待分析樣品的信息。
8.一種采用權(quán)利要求7所述的光學(xué)相干層析成像系統(tǒng)的光學(xué)相干層析成像方法，其特征在于:該光學(xué)相干層析成像方法包括以下步驟: (1)從發(fā)光二極管發(fā)出的光被分束器分成兩束光，一束光透過分束器后照射到樣品臺(tái)的待分析樣品上，經(jīng)過樣品散射，隨后經(jīng)分束器偏轉(zhuǎn)后被探測(cè)器接收形成信號(hào)光； (2)另一束光經(jīng)分束器后到達(dá)動(dòng)鏡，經(jīng)動(dòng)鏡反射后透過分束器到達(dá)探測(cè)器上形成參考光，該參考光與信號(hào)光干涉，經(jīng)過放大器放大后的干涉信號(hào)傳輸給服務(wù)器； (3)由服務(wù)器進(jìn)行反傅立葉變換后還原出信號(hào)光，從而獲得待分析樣品的信息。
【文檔編號(hào)】G01N21/25GK103794693SQ201410052014
【公開日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月14日
【發(fā)明者】張立瑤, 王庶民, 李耀耀, 王凱 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所