一种超辐射发光二极管外延片、外延片制备方法及芯片技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，具体涉及一种超辐射发光二极管外延片、外延片制备方法及芯片，其中，所述超辐射发光二极管外延片的制备方法为：在衬底表面依次外延生长多层异质结构；在生长发光层时，调节生长温场沿所述衬底预设的晶向方向梯度变化，使所述发光层的厚度和组分沿所述衬底预设的晶向方向梯度变化。本发明专利技术通过调节量子阱层的生长温场沿衬底预设的晶向方向梯度变化，可实现外延片的发光波长的梯度分布，由此得到的芯片沿出光方向为多中心波长叠加，且具有波长连续性，可得到宽的平坦的光谱；同时工艺简单易行、易重复，只需一次外延生长成型，大大提高了产品的成品率和可靠性。

A preparation method and chip for epitaxy and epitaxy of superluminescent diode

The invention relates to the field of semiconductor technology, in particular to a superluminescent diode epitaxy sheet, a preparation method of epitaxy sheet and a chip, wherein the preparation method of the superluminescent diode epitaxy sheet is as follows: the multilayer heterostructure is epitaxially grown on the substrate surface in turn; when the luminescent layer is grown, the growth temperature field is adjusted to change along the preset crystal orientation gradient of the substrate so as to make the substrates grow. The thickness and composition of the luminescent layer vary along the preset crystal direction gradient of the substrate. By adjusting the growth temperature field of the quantum well layer along the preset crystal direction gradient of the substrate, the gradient distribution of the light-emitting wavelength of the epitaxy sheet can be realized, and the resulting chip is multi-center wavelength superposition along the light direction, and has the continuity of the wavelength, so that a wide and flat spectrum can be obtained; at the same time, the process is simple, easy to repeat, and only one epitaxy growth molding is needed, which greatly improves the quality of the epitaxy sheet. The product yield and reliability are improved.

【技术实现步骤摘要】
一种超辐射发光二极管外延片、外延片制备方法及芯片
本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种超辐射发光二极管外延片、外延片制备方法及芯片。
技术介绍
半导体超辐射发光二极管是一种光自发辐射的单程增益放大器件，其光学性能介于半导体激光器和半导体发光二极管之间。相对于半导体激光器，它具有更宽的发光光谱和更短的相干长度；相对于半导体发光二极管，它具有更高输出功率和光纤耦合效率、响应速度快、发散角小等优点，因此被广泛应用于光纤陀螺、光纤传感以及光学相干层析成像等领域。在光纤陀螺应用中，半导体超辐射发光二极管的光相干长度能降低光纤陀螺系统中的瑞利散射强度，半导体超辐射发光二极管的光相干长度LC＝λ2/Δλ，其中Δλ为光谱谱宽，λ为中心波长。因此一般要求超辐射发光二极管有宽的光谱谱宽。增加超辐射发光二极管光谱带宽的方法主要有改变材料生长方向上组分或厚度；或者改变出光方向的组分或厚度；以及将这两种方案组合使用。目前实现以上方案的技术有多种：对于多量子阱层结构的超辐射发光二极管，主要技术为改变不同量子阱层的材料组分或者厚度，使各量子阱层所发光的中心波长不同，通过这些不同中心波长的光谱叠加，最终实现大功率、宽光谱的超辐射发光二极管。但由于各量子阱层的发光波长不连续，该技术方案较难获得宽的平坦光谱。通过改变出光方向组分和厚度实现宽光谱的技术主要有多电极法、SAG、多量子阱混杂技术等方法。多电极法是通过将发光区沿出光方向分成很多部分，不同部分注入不同的电流，使其对应发光的中心波长不同，从而得到宽光谱，该技术方案由于发光波长的不连续，导致较难得到宽的平坦光谱；另外使用时不同电极对应有源区部分出光衰减不一致，因此难于控制。SAG法是在衬底表面沉积介质薄膜，光刻出沉积区域和非沉积区域。通过影响衬底表面的气相浓度从而改变出光方向上外延的组分和厚度，SAG法涉及二次外延技术，工艺复杂，且产品成品率低，可靠性差，不易实施。量子阱混杂技术是通过阱垒互扩散来实现出光方向上组分的变化，该技术的缺点是同一工艺的重复性差，难以控制，导致产品成品率低。鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本
亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是：超辐射发光二极管一般要求宽的光谱谱宽，在传统方案中，有些方法工艺复杂、可靠性差、不易实施，产品成品率低，而有些方法由于发光波长不连续，较难得到宽的平坦光谱。本专利技术通过如下技术方案达到上述目的：第一方面，本专利技术提供了一种超辐射发光二极管外延片的制备方法，在衬底1表面依次外延生长多层异质结构；其中，在生长发光层4时，调节生长温场沿所述衬底1预设的晶向方向梯度变化，使所述发光层4的厚度和组分沿所述衬底1预设的晶向方向梯度变化。优选的，所述在衬底1表面依次外延生长多层异质结构具体为：在衬底1表面依次层叠生长缓冲层2、下波导层3、发光层4、上波导层5、间隔层6以及欧姆接触层7。优选的，所述缓冲层2、下波导层3、上波导层5、间隔层6以及欧姆接触层7的生长温场为均匀温场或非均匀温场。优选的，所述发光层4的生长温场的梯度变化通过控制外延生长区内不同温区的温度实现，具体为：按照从所述外延生长区中心至外沿的方向，预先将所述外延生长区划分为至少两个温区，且各温区的加热功率为独立调节；将所述衬底1放置在所述外延生长区上，并使所述衬底1预设的晶向方向与所述至少两个温区的排列分布方向一致；当生长所述发光层4时，分别调节各温区的加热功率，使温度沿所述外延生长区中心至外沿方向梯度变化，进而所述发光层4的厚度和组分沿所述外延生长区中心至外沿方向梯度变化。优选的，所述生长温场沿所述衬底1预设的晶向方向梯度变化具体为：生长温度沿所述衬底1预设的晶向方向依次递增，或者依次递减，或者先递增后递减，或者先递减后递增。优选的，所述衬底1以及所述多层异质结构为InGaAsP/InP材料体系、AlGaInAs/InP材料体系或AlGaAs/GaAs材料体系，所述发光层4对应为InGaAsP、AlGaInAs或AlGaAs。第二方面，本专利技术还提供了一种超辐射发光二极管外延片，采用上述第一方面所述的超辐射发光二极管外延片的制备方法制作而成，包括衬底1以及在所述衬底1表面依次层叠生长的缓冲层2、下波导层3、发光层4、上波导层5、间隔层6以及欧姆接触层7；其中，所述发光层4的生长温场沿所述衬底1预设的晶向方向梯度变化，使得所述发光层4的厚度和组分沿所述衬底1预设的晶向方向梯度变化。优选的，所述衬底1为半导体InP，所述缓冲层2为n型InP，所述下波导层3为n型InGaAsP，所述发光层4为InGaAsP，所述上波导层5为P型InGaAsP，所述间隔层6为P型间隔层。第三方面，本专利技术还提供了一种超辐射发光二极管芯片，由上述第二方面所述的外延片通过光刻、刻蚀、介质膜生长和电极制作工艺后制备得到；其中，所述外延片由上述第一方面所述的超辐射发光二极管外延片的制备方法得到。优选的，所述发光层4沿电流注入条区方向与所述发光层4的厚度梯度变化方向一致。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过调节量子阱层的生长温场沿衬底预设的晶向方向梯度变化，可实现外延片的发光波长的梯度分布，由此得到的芯片沿出光方向为多中心波长叠加，具有波长连续性，有效增加光谱带宽，容易得到宽的平坦的光谱；同时工艺简单易行、易重复，且只需一次外延生长成型，不受发光层结构的限制，大大提高了产品的成品率和可靠性。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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为本专利技术实施例提供的一种超辐射发光二极管外延片的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种外延片生长的温度分区示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种外延片发光层生长时的温度调节示意图(A区到C区温度梯度降低)；图4为本专利技术实施例提供的一种外延片发光层生长时的温度调节示意图(A区到C区温度梯度升高)；图5为本专利技术实施例提供的一种外延片发光层生长时的温度调节示意图(A区到C区温度先降低再升高)；图6为本专利技术实施例提供的一种外延片发光层生长时的温度调节示意图(A区到C区温度先升高再降低)；图7为本专利技术实施例提供的一种超辐射发光二极管芯片的结构示意图；图8为本专利技术实施例提供的一种超辐射发光二极管芯片出射的发光光谱示意图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本专利技术的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术而不是要求本专利技术必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本专利技术的限制。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本专利技术。实施例1：本专利技术实施例提供了一种超辐射发光二极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超辐射发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，在衬底(1)表面依次外延生长多层异质结构；其中，在生长发光层(4)时，调节生长温场沿所述衬底(1)预设的晶向方向梯度变化，使所述发光层(4)的厚度和组分沿所述衬底(1)预设的晶向方向梯度变化。

【技术特征摘要】
1.一种超辐射发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，在衬底(1)表面依次外延生长多层异质结构；其中，在生长发光层(4)时，调节生长温场沿所述衬底(1)预设的晶向方向梯度变化，使所述发光层(4)的厚度和组分沿所述衬底(1)预设的晶向方向梯度变化。2.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述在衬底(1)表面依次外延生长多层异质结构具体为：在衬底(1)表面依次层叠生长缓冲层(2)、下波导层(3)、发光层(4)、上波导层(5)、间隔层(6)以及欧姆接触层(7)。3.根据权利要求2所述的超辐射发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述缓冲层(2)、下波导层(3)、上波导层(5)、间隔层(6)以及欧姆接触层(7)的生长温场为均匀温场或非均匀温场。4.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述发光层(4)的生长温场的梯度变化通过控制外延生长区内不同温区的温度实现，具体为：按照从所述外延生长区中心至外沿的方向，预先将所述外延生长区划分为至少两个温区，且各温区的加热功率为独立调节；将所述衬底(1)放置在所述外延生长区上，并使所述衬底(1)预设的晶向方向与所述至少两个温区的排列分布方向一致；当生长所述发光层(4)时，分别调节各温区的加热功率，使温度沿所述外延生长区中心至外沿方向梯度变化，进而所述发光层(4)的厚度和组分沿所述外延生长区中心至外沿方向梯度变化。5.根据权利要求1-4任一所述的超辐射发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述生长温场沿所述衬底(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹明德，刘华容，吕军，王定理，黄晓东，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42