一种偏振无关超辐射发光二极管芯片制造技术

本实用新型专利技术提供了一种偏振无关超辐射发光二极管芯片，包括衬底，在所述衬底上设置有脊波导、BH掩埋结构、第二覆盖层、欧姆接触层、设置在所述欧姆接触层上的P电极以及设置在所述衬底背面的N电极；其中，所述脊波导纵向包括有源层，所述有源层为量子阱和量子垒构成的类体材料，所述量子阱为张应变量；所述脊波导横向包括：模斑变换区、增益区及弯曲波导区，所述模斑变换区为渐变锥形波导构成的吸收区，光从所述模斑变换区输出。本实用新型专利技术提供的偏振无关超辐射发光二极管可以很好地实现芯片输出光功率，TE、TM模式偏振相关性、光谱纹波等指标，同时因为扩大了芯片的近场光斑，实现了芯片输出光斑的圆对称性提高，提高了与光纤的耦合效率。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于半导体发光器件
，更具体涉及一种偏振无关超辐射发光二极管芯片。
技术介绍
超辐射发光二极管(SuperLuminanceDiode，SLD)是一种广泛用于光纤传感领域的核心器件，主要用于高精度空间定位用的各种军、民用光纤陀螺仪。传统的SLD芯片采用InGaAsP材料系，在有源区设计上为了降低TE、TM模式的增益相关性，可以利用体材料或多量子阱形成增益区。体材料因为能带机理无法实现芯片的较大增益，且工作电流也较大。多量子阱需要考虑量子阱应变对于TE、TM模式增益曲线的影响，同时需要结合芯片结构减少光学腔体内产生激射条件的可能性。TW型SLD芯片主要有斜腔和弯曲波导两种方式，斜腔型光学腔体为了降低芯片的光学波纹，严格依靠腔面的光学增透膜的效果，制作工艺难度大、稳定性差。弯曲波导一般分为三段式，吸收区、增益区及弯曲波导区，利用光学腔波导方向的角度差异，实现反向传播的模式无法达成谐振条件，前段利用吸收区进一步降低了芯片产生激射的可能性。上述两种方式因为波导结构和工艺控制等原因，对于TE、TM模式光场限制因子的相关性没有起到优化作用。
技术实现思路
本技术要解决的是现有技术中超辐射发光二极管芯片难以实现大功率输出光，以及TE、TM模式偏振相关性低的问题。为了解决上述技术问题，本技术提供一种偏振无关超辐射发光二极管芯片，包括衬底，在所述衬底上设置有脊波导、BH掩埋结构、第二覆盖层、欧姆接触层、设置在所述欧姆接触层上的P电极以及设置在所述衬底背面的N电极；其中，所述脊波导纵向包括：N型InP缓冲层、InGaAsP下波导层、有源层、InGaAsP上波导层、第一p型覆盖层；所述脊波导横向包括：模斑变换区、增益区及弯曲波导区，所述模斑变换区为渐变锥形波导构成的吸收区，光从所述模斑变换区输出。所述有源层为量子阱和量子垒构成的类体材料，所述量子阱为张应变量；优选地，还包括：利用等离子刻蚀和化学腐蚀设置在所述BH掩埋结构两侧的双沟，所述双沟深度为2～4um，所述双沟的宽度为6～15um。优选地，所述有源层量子阱阱宽5～11nm，应变量为-0.5％～-0.95％的InGaAsP，所述有源层量子垒为与InP晶格匹配宽6～12nm的InGaAsP。优选地，所述脊波导还包括：出光面和背光面，在所述出光面和所述背光面镀增透膜，抑制F-P振荡，降低光谱纹波。优选地，所述脊波导模斑变换区的方向与所述出光面法线夹角为5°～7°。优选地，所述脊波导采用干法刻蚀和湿法腐蚀刻蚀一次外延片而成，所述脊波导的深度为1.4um～2um。优选地，所述缓冲层为n-InP缓冲层厚度为500nm；下、上限制层均为厚度100nm，波长为1.15μm的InGaAsP匹配材料；所述第一覆盖层为p-InP覆盖层厚度为250nm。优选地，所述增益区和所述弯曲波导宽度为2.0～4.0um，所述吸收区宽度为2.0～4.0um渐变至6.0～8.0um。优选地，所述BH掩埋结构包括：掩埋层、第二覆盖层以及InGaAs欧姆接触层；其中，所述掩埋层包括厚度为800nm的p-InP掩埋层和厚度为800nm的n-InP掩埋层，所述第二覆盖层为厚度为1.5um的p-InP，所述InGaAs的厚度为200nm。本技术提供了大功率模斑变换型偏振无关超辐射发光二极管芯，激光器芯片采用InGaAsP材料，利用多周期的张应变量子阱材料和组分相近的垒层材料组成近似体材料的多量子阱有源区结构；三段式TW光学腔体中利用模斑变换的方式制作吸收区，结合增益区和弯曲波导区形成芯片纵向的光学腔体；芯片横向结构采用BH模式，制作宽度更小的出光波导，利用尽量对称的条形波导结构来降低偏振相关性。相对于传统或弯曲波导型的超辐射发光二极管芯片，本技术提供的偏振无关超辐射发光二极管可以很好地实现芯片高输出光功率，TE、TM模式偏振相关性、光谱纹波等指标：芯片有源区整体结构类似体材料，结合张应变量子阱增加TM模式增益，降低了芯片出光的偏振选择性，也保证了芯片有较大增益即输出光功率；利用渐变锥形波导结构制作模斑变换吸收区，优化TE、TM模式在矩形介质波导结构中的光场限制因子，通过改变锥形角度及尺寸，平衡吸收系数、光谱纹波及偏振相关性的指标，同时因为扩大了芯片的近场光斑，实现了芯片输出光斑的圆对称性提高，提高了与光纤的耦合效率。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本技术实施例提供的偏振无关超辐射发光二极管芯片示意图；图2为本技术实施例提供的偏振无关超辐射发光二极管芯片的脊波导示意图；图3为本技术实施例提供的偏振无关超辐射发光二极管芯片A-A截面剖视图；图4为本技术实施例提供的偏振无关超辐射发光二极管芯片B-B截面剖视图；图5为本技术实施例提供的偏振无关超辐射发光二极管芯片一次外延结构示意图；图6为本技术实施例提供的偏振无关超辐射发光二极管芯片二次外延结构示意图；图7为本技术实施例提供的偏振无关超辐射发光二极管芯片三次外延结构示意图；图8为本技术实施例提供的偏振无关超辐射发光二极管芯片双沟腐蚀结构示意图；图9为本技术实施例提供的偏振无关超辐射发光二极管芯片欧姆接触结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术作进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不能用来限制本技术的范围。如图1、3、4所示，分别为本技术实施例提供的超辐射发光二极管芯片以及沿A-A、B-B截面的示意图。本技术提供一种超辐射发光二极管芯片，包括InP衬底1，在所述衬底1上设置有脊波导100、BH掩埋结构、第二覆盖层9、欧姆接触层10、设置在所述欧姆接触层10上的P电极13以及设置在所述衬底1背面的N电极14；其中，所述脊波导纵向包括：N型InP缓冲层2、InGaAsP下波导层3、有源层4、InGaAsP上波导层5、第一p型覆盖层6；所述有源层4为量子阱和量子垒构成的类体材料，所述量子阱为张应变量；如图2所示，为本技术实施例提供的超辐射发光二极管芯片的脊波导示意图。所述脊波导100横向包括：模斑变换区101、隔离区102、增益区103、弯曲波导区104及斜腔区105，所述模斑变换区为渐变锥形波导构成的吸收区101，优化TE、TM模式在矩形介质波导结构中的光场限制因子，改变锥形角度及尺寸，可以调节吸收系数、光谱纹波及偏振相关性的指标，同时因为扩大了芯片的近场光斑，实现了芯片输出光斑的圆对称性提高，提高了与光纤的耦合效率。优选地，本技术实施例提供额超辐射发光二极管芯片中，利用组分相近的量子阱、垒层材料形成有源区，量子阱引入适当张应变量增加TM模式增益，整体有源区结构近似体材料结构。在超辐射发光二极管芯片的TW波导制作时，采用弯曲波导、增益区及模斑变换区三段式的结构，在模斑变换区利用刻蚀工艺制作渐变锥形波导结构，TE、TM模式在光学腔内传播的限制因子得到优化，降低了芯片出光的偏振选择性。优选地，本技术实施例提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏振无关超辐射发光二极管芯片，包括衬底，其特征在于，在所述衬底上设置有脊波导、BH掩埋结构、第二p型覆盖层、欧姆接触层、设置在所述欧姆接触层上的P电极以及设置在所述衬底背面的N电极；所述脊波导纵向包括：N型InP缓冲层、InGaAsP下波导层、有源层、InGaAsP上波导层、第一p型覆盖层；所述脊波导横向包括：模斑变换区、增益区及弯曲波导区，所述模斑变换区为渐变锥形波导构成的吸收区，光从所述模斑变换区输出；所述有源层为量子阱和量子垒构成的类体材料，所述量子阱为张应变量。

【技术特征摘要】
1.一种偏振无关超辐射发光二极管芯片，包括衬底，其特征在于，在所述衬底上设置有脊波导、BH掩埋结构、第二p型覆盖层、欧姆接触层、设置在所述欧姆接触层上的P电极以及设置在所述衬底背面的N电极；所述脊波导纵向包括：N型InP缓冲层、InGaAsP下波导层、有源层、InGaAsP上波导层、第一p型覆盖层；所述脊波导横向包括：模斑变换区、增益区及弯曲波导区，所述模斑变换区为渐变锥形波导构成的吸收区，光从所述模斑变换区输出；所述有源层为量子阱和量子垒构成的类体材料，所述量子阱为张应变量。2.根据权利要求1所述的偏振无关超辐射发光二极管芯片，其特征在于，还包括：利用等离子刻蚀和化学腐蚀设置在所述BH掩埋结构两侧的双沟，所述双沟深度为2～4um，所述双沟的宽度为6～15um。3.根据权利要求1所述的偏振无关超辐射发光二极管芯片，其特征在于，所述有源层量子阱阱宽5～11nm，应变量为-0.5％～-0.95％的InGaAsP，所述有源层量子垒为与InP晶格匹配宽6～12nm的InGaAsP。4.根据权利要求1所述的偏振无关超辐射发光二极管芯片，其特征在于，所述脊波导还包括：出光面和背光面，在所述出光面和所述背光面镀增透膜，抑制F...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐琦，许海明，王汉华，
申请(专利权)人：武汉光安伦光电技术有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北;42