一种超辐射发光二极管芯片的制备方法及制得的发光二极管芯片技术

本发明专利技术涉及一种超辐射发光二极管芯片的制备方法，该方法包括：一次外延的步骤、形成脊的步骤、二次外延的步骤、形成隔离区的步骤、蒸发P型电极的步骤、蒸发N型电极、合金的步骤、镀膜的步骤。本发明专利技术还涉及由上述制备方法制得的超辐射发光二极管芯片。本发明专利技术制备的芯片具有低偏振、高输出功率、低光谱波纹的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发光二极管芯片，特别涉及一种超辐射发光二极管芯片的制备方法及制得的发光二极管芯片。
技术介绍
超辐射发光二极管(SuperluminescentDiodes，SLD)是一种宽光谱、弱时间相干性、高输出功率、高效率的半导体光发射器件，其光学性质介于半导体激光器LD和发光二极管LED之间，具有比LD更宽的发光光谱和更短的相干长度，同时比LED具有更高的输出功率，其主要优点是宽光谱、大的输出功率；被广泛应用在光纤陀螺、光纤传感、光学相干层析等领域。在高精度的光纤陀螺和光纤传感器件应用领域，SLD除了高输出功率、宽光谱之外，其偏振不敏感的特性是至关重要的。另一方面大的出光功率可以提高SLD应用系统的精度和灵敏度，特别是应用在光纤陀螺领域可以显著提高系统的信噪比。然而，对于SLD器件自身来说，其发光的TE模式和TM模式间的功率相差较大，对于常规的体材料有源区，TE/TM的功率在3/1以上；对于常规的压应变量子阱有源区，TE/TM的功率在10/1以上。因此在实际应用过程中通常要额外采用保偏光纤或者是其他偏振控制器件，这使得器件应用的成本增加、系统体积增大，不利于集成。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种低偏振、高输出功率、低光谱波纹的超辐射发光二极管芯片的制备方法及由此制得的发光二极管芯片。本专利技术提出了一种超辐射发光二极管芯片的制备方法，该制备方法包括如下步骤：一次外延的步骤：在N-InP衬底上依次生长N-InP缓冲层、InGaAsP下分别限制层、有源层、InGaAsP上分别限制层和P-InP覆盖层，由此形成一次外延片样品；形成脊的步骤：在上述一次外延片样品表面沉积一层SiO2介质层，对该样品进行光刻，刻蚀掉部分表面的SiO2介质层，并对该样品进行腐蚀，腐蚀到N-InP衬底，从而沿着晶向形成脊形状；二次外延的步骤：对该样品进行掩埋生长前的处理，以去除样品表面的氧化物；在样品表面依次生长P-InP层、N-InP层，作为电流阻挡层；将生长完的样品除去脊上的SiO2介质层后，再次对样品进行掩埋生长前的处理，然后在样品上依次生长P-InP、P-InGaAsP和P+-InGaAs层，完成二次外延生长；形成隔离区的步骤：在完成二次外延生长的样品表面沉积SiO2介质层，并形成隔离区；去除样品表面的SiO2介质层；蒸发P型电极的步骤：在样品表面生长SiO2介质层，光刻形成P面一次金属图形，刻蚀电极区域表面的介质层，再经电子束蒸发P型金属，剥离，合金之后，再次光刻、电子束蒸发形成P面二次金属；蒸发N型电极、合金的步骤：对样品的N型层进行减薄，电子束蒸发N型金属，对样品的N型金属和P面二次金属合金；镀膜的步骤：将样品沿着晶向解离成巴条，对芯片的出光端面和背光端面分别蒸镀光学增透膜和高反射膜，完成超辐射发光二极管芯片的制备。进一步地，所述形成有源层的具体步骤为：在所述InGaAsP下分别限制层上交替生长张应变和压应变的InGaAsP量子阱，从而在所述InGaAsP下分别限制层上形成有源层。进一步地，所述脊沿晶向的垂直方向分为三个区域：圆弧形弯曲波导区域和直脊波导区域以及喇叭形波导区域，其中，靠近出光端面的是圆弧形弯曲波导区域，连接圆弧形弯曲波导区域的是平滑过渡的直脊波导区域，直脊波导区域之后连接的是喇叭形波导区域，喇叭形波导区域靠近背光端面。进一步地，所述圆弧形弯曲波导区域与出光端面的夹角为80-82度，所述喇叭形波导区域的喇叭锥角为10度。进一步地，所述形成隔离区的步骤具体为：在完成二次外延生长的样品表面沉积SiO2，在喇叭形波导区域光刻形成隔离区形状，采用RIE工艺刻蚀隔离区表面的SiO2，采用湿法腐蚀去除隔离区表面的P+-InGaAs层，形成隔离区，从而将喇叭形波导区域分成喇叭形光放大区域、隔离区以及反向偏压区。进一步地，所述蒸发P型电极的步骤具体为：在样品表面生长SiO2介质层，光刻形成P面一次金属图形，RIE刻蚀电极区域表面的介质层，电子束蒸发Ti50nm/Pt100nm/Au100nm，剥离，在氮气氛围中合金；光刻形成P面电极焊盘图形，即P面二次金属图形，电子束蒸发Cr5nm/Au80nm，剥离。进一步地，所述蒸发N型电极、合金的步骤具体为：对样品的N型层进行减薄至样品总厚度约为110μm，电子束蒸发N型金属GeAu50nm/Ni10nm/Au100nm，对样品的N型金属和P面二次金属合金。进一步地，所述光学增透膜和高反射膜的反射率分别为0.5％和90％。另外，本专利技术还提出一种如前所述的制备方法制得的超辐射发光二极管芯片，该超辐射发光二极管芯片包括：一次外延结构和二次外延结构，其中一次外延结构包括N-InP衬底，以及在N-InP衬底上依次生长的N-InP缓冲层、InGaAsP下分别限制层、有源层、InGaAsP上分别限制层和P-InP覆盖层；该一次外延结构为沿晶向形成的脊形状，所述脊沿晶向的垂直方向分为三个区域：圆弧形弯曲波导区域和直脊波导区域以及喇叭形波导区域，其中，靠近出光端面的是圆弧形弯曲波导区域，连接圆弧形弯曲波导区域的是平滑过渡的直脊波导区域，直脊波导区域之后连接的是喇叭形波导区域；二次外延结构包括在所述一次外延结构的脊两侧的底部表面依次生长的作为电流阻挡层的P-InP层和N-InP层，以及形成在电流阻挡层和脊顶部表面的的P-InP、P-InGaAsP和P+-InGaAs层。优选地，所述N-InP缓冲层的厚度为1μm，所述InGaAsP下分别限制层的厚度为80nm，所述有源层为3个张应变为1.1％和2个压应变为1.2％的InGaAsP量子阱，张应变和压应变的厚度分别是10nm和5nm，其PL峰值波长都为1300nm，垒为15nm厚；所述InGaAsP上分别限制层的厚度为80nm，所述P-InP覆盖层的厚度为20nm；所述脊深为1.6μm，靠近出光端面的脊宽为1.8μm；所述圆弧形弯曲波导区域和直脊波导区域沿着腔长方向的长度为350μm；所述喇叭形波导区域沿着腔长方向的长度为400μm；所述P-InP层的厚度为500nm，所述N-InP层的厚度为500nm；所述P-InP、P-InGaAsP和P+-InGaAs层中P-InP的厚度为1μm，P-InGaAsP的厚度为200nm，P+-InGaAs的厚度为200nm；所述隔离区的宽度为10μm，喇叭形光放大区域的宽度为310μm，所述反向偏压区的宽度为80μm。本专利技术的有益效果：本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超辐射发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：一次外延的步骤：在N‑InP衬底(1)上依次生长N‑InP缓冲层(2)、InGaAsP下分别限制层(3)、有源层(4)、InGaAsP上分别限制层(5)和P‑InP覆盖层(6)，由此形成一次外延片样品；形成脊的步骤：在上述一次外延片样品表面沉积一层SiO2介质层，对该样品进行光刻，刻蚀掉部分表面的SiO2介质层，并对该样品进行腐蚀，腐蚀到N‑InP衬底(1)，从而沿着晶向形成脊形状；二次外延的步骤：对该样品进行掩埋生长前的处理，以去除样品表面的氧化物；在样品表面依次生长P‑InP层(11)、N‑InP层(12)，作为电流阻挡层；将生长完的样品除去脊上的SiO2介质层后，再次对样品进行掩埋生长前的处理，然后在样品上依次生长P‑InP、P‑InGaAsP和P+‑InGaAs层，完成二次外延生长；形成隔离区的步骤：在完成二次外延生长的样品表面沉积SiO2介质层，并形成隔离区(9)；去除样品表面的SiO2介质层；蒸发P型电极的步骤：在样品表面生长SiO2介质层，光刻形成P面一次金属，刻蚀电极区域表面的介质层，再经电子束蒸发P型金属，剥离，合金之后，再次光刻、电子束蒸发形成P面二次金属；蒸发N型电极、合金的步骤：对样品的N型层进行减薄，电子束蒸发N型金属，对样品的N型金属和P面二次金属合金；镀膜的步骤：将样品沿着晶向解离成巴条，对芯片的出光端面(14)和背光端面(15)分别蒸镀光学增透膜和高反射膜，完成超辐射发光二极管芯片的制备。...

【技术特征摘要】
1.一种超辐射发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
一次外延的步骤：在N-InP衬底(1)上依次生长N-InP缓冲层(2)、InGaAsP下分别限
制层(3)、有源层(4)、InGaAsP上分别限制层(5)和P-InP覆盖层(6)，由此形成一次外
延片样品；
形成脊的步骤：在上述一次外延片样品表面沉积一层SiO2介质层，对该样品进行光刻，
刻蚀掉部分表面的SiO2介质层，并对该样品进行腐蚀，腐蚀到N-InP衬底(1)，从而沿着晶
向形成脊形状；
二次外延的步骤：对该样品进行掩埋生长前的处理，以去除样品表面的氧化物；在样品表
面依次生长P-InP层(11)、N-InP层(12)，作为电流阻挡层；将生长完的样品除去脊上的SiO2介质层后，再次对样品进行掩埋生长前的处理，然后在样品上依次生长P-InP、P-InGaAsP和
P+-InGaAs层，完成二次外延生长；
形成隔离区的步骤：在完成二次外延生长的样品表面沉积SiO2介质层，并形成隔离区(9)；
去除样品表面的SiO2介质层；
蒸发P型电极的步骤：在样品表面生长SiO2介质层，光刻形成P面一次金属，刻蚀电极
区域表面的介质层，再经电子束蒸发P型金属，剥离，合金之后，再次光刻、电子束蒸发形成
P面二次金属；
蒸发N型电极、合金的步骤：对样品的N型层进行减薄，电子束蒸发N型金属，对样品的
N型金属和P面二次金属合金；
镀膜的步骤：将样品沿着晶向解离成巴条，对芯片的出光端面(14)和背光端面(15)分
别蒸镀光学增透膜和高反射膜，完成超辐射发光二极管芯片的制备。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述形成有源层(4)的具体步骤为：在
所述InGaAsP下分别限制层(3)上交替生长张应变和压应变的InGaAsP量子阱，从而在所述
InGaAsP下分别限制层(3)上形成有源层(4)。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述脊沿晶向的垂直方向分为三个区域：
圆弧形弯曲波导区域和直脊波导区域(7)以及喇叭形波导区域，其中，靠近出光端面(14)
的是圆弧形弯曲波导区域，连接圆弧形弯曲波导区域的是平滑过渡的直脊波导区域，直脊波导
区域之后连接的是喇叭形波导区域，喇叭形波导区域靠近背光端面(15)。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述圆弧形弯曲波导区域与出光端面的

\t夹角为80-82度，所述喇叭形波导区域的喇叭锥角为10度。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述形成隔离区的步骤具体为：在完成
二次外延生长的样品表面沉积SiO2，在喇叭形波导区域光刻形成隔离区形状，采用RIE工艺刻
蚀隔离区表面的SiO2，采用湿法腐蚀去除隔离区表面的P+-InGaAs层，形成隔离区(9)，从而
将喇叭形波导区域分成喇叭形光放大区域(8)、隔离区(9)以及反向偏压区(10)。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述蒸发P型电极的步骤具体为：在样
品表面生长SiO2介质层，光刻形...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛正群，周东豪，王凌华，林琦，林中晞，陈阳华，苏辉，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建;35