超辐射发光二极管芯片及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种超辐射发光二极管芯片，该超辐射发光二极管芯片从下至上依次包括衬底、有源区下光限制层和有源区，该有源区包括有源增益区，该有源增益区两端均设有通过对接生长方式形成的吸收区，两个吸收区的多量子阱的光致发光谱PL波长大于有源增益区的多量子阱的光致发光谱PL波长。本发明专利技术通过三段式结构，在发光区两端各集成一段吸收区，通过对接生长的方式实现两个吸收区的多量子阱的光致发光谱PL波长大于有源增益区的多量子阱的光致发光谱PL波长。对于波长短的光源，在光源传输过程中易被两侧的吸收区波长较长的材料吸收，从而实现低纹波反射的超辐射发光二极管芯片。片。片。

【技术实现步骤摘要】
超辐射发光二极管芯片及其制作方法


[0001]本专利技术涉及半导体发光器件领域，尤其涉及一种超辐射发光二极管芯片及其制作方法。

技术介绍

[0002]超辐射发光二极管(Super Luminescent Emitting Diode,SLED or SLD)是一种自发辐射的单程放大的光电子器件，超辐射为可以放大的自发辐射(ASE)，是增益介质在强激发状态下的一种定向辐射现象，在正向电流注入时，有源区的电子跃迁到价带后与空穴复合产生释放光子，这种自发辐射的光子在单程腔长内传播后增益，从而达到单程增益放大的效果。超辐射发光二极管的光电特性性能介于激光器LD和发光二极管LED之间，与激光器LD相比，SLD没有FP腔谐振或光栅的选模作用，因此发射光为自发发射光，光谱具有自发发射光的宽光谱特征，不过其光谱比发光二极管LED的光谱要窄，这是因为SLD在较高的注入电流状态下，光在腔体内传播经历了单程增益，光谱中心波长的增益最大，远离中心波长的光子增益逐渐减小，因此使得SLD的光谱宽度与发光二极管LED的光谱相比有一定程度的压缩。另一方面，SLD又有别于发光二极管LED，这是因为发光二极管LED没有光增益，其光功率随注入电流线性变化，不存在阈值拐点，而SLD由于有单程光增益，在较大的注入电流下，可实现较高出光功率。
[0003]由于超辐射发光二极管的这种宽光谱，短相干的特性，使得在很多领域都有超辐射发光二极管的应用，例如光纤陀螺仪和传感仪。然而现有的SLD光源受光源体积以及结构设计的限制，在实现大功率宽光谱的同时会造成吸收不够从而造成反射偏大，在光谱特性上表现为光谱纹波ripple偏大。高性能的SLD需要具有高的功率和低的纹波，因此在单个发光二极管上实现大功率，宽光谱，低反射新的低成本高效率的技术路线得到广泛关注，为了解决这些问题，本专利提出了一种大功率，宽光谱，低反射纹波的超辐射二极管的制作方法。
[0004]对于超辐射发光二极管这种半导体有源器件来讲，其输出功率与其光增益及自发发射速率基本线性相关，芯片单程光增益有如下近似表达式：
[0005][0006]其中Γ为光场限制因子，g
m
为材料增益，α为光损耗，L为腔长，w为有源区宽度，d为有源区厚度。
[0007]增益波动纹波(ripple)反映的是最大增益与最小增益之间的差异，其表达式为：
[0008][0009]其中R1，R2为二极管两端面反射率，G
s
为芯片单程光增益。可以发现随着增益的增加，纹波会增加。纹波是由于端面剩余反射率导致的光谱对不同频率的信号光增益的调制，减小端面剩余反射可以有效减小增益波动。减小端面剩余反射的方法主要有两种，一是减
小端面反射率，二是增加端面吸收。然而超辐射发光二极管SLD对于纹波ripple要求很高，一般要求ripple<0.2dB，单纯通过镀膜很难实现大功率与低纹波的要求。因此二极管在实现大功率的同时不可避免的造成纹波偏大，除了因为端面镀膜造成的反射，还有一个重要的原因是因为功率偏大导致吸收区的吸收不够从而造成的纹波偏大。

技术实现思路

[0010]本专利技术主要目的在于提供一种超辐射发光二极管芯片的制作方法，通过单片集成的三段式结构，在发光区两端通过对接生长的方式集成两个吸收区，从而实现大功率、低纹波反射的超辐射发光二极管芯片。
[0011]本专利技术所采用的技术方案是：
[0012]提供一种超辐射发光二极管芯片，该超辐射发光二极管芯片从下至上依次包括衬底、有源区下光限制层和有源区，该有源区包括有源增益区，该源增益区两端均设有通过对接生长方式形成的吸收区，两个吸收区的多量子阱的光致发光谱PL波长大于有源增益区的多量子阱的光致发光谱PL波长。
[0013]接上述技术方案，有源增益区的多量子阱的PL波长为1310nm，两个吸收区的多量子阱对应的PL波长为1330nm。
[0014]接上述技术方案，其中一个吸收区为直波导吸收区，另一个吸收区为斜波导吸收区。
[0015]接上述技术方案，直波导吸收区的长度为300um，有源增益区的长度490um，斜波导吸收区的长度为10um。
[0016]接上述技术方案，有源区至上设有源区上光限制层、包覆层和欧姆接触层。
[0017]接上述技术方案，衬底为n型InP衬底；芯片两侧镀有AR增透膜。
[0018]接上述技术方案，欧姆接触层为InGaAs；包覆层为InP。
[0019]本专利技术还提供一种超辐射发光二极管芯片的制作方法，包括以下步骤：
[0020]S101、制作一次外延片；在衬底上依次生长有源区下限制层、有源区、有源区上限制层、包覆层；且在该有源区上形成多量子阱区域；
[0021]S102、依次在一次外延片上生长第一掩膜，保留有源区中部作为有源增益区上方对应的掩膜，将有源增益区两侧对应的掩膜刻蚀掉，并腐蚀掉两侧一次外延片上的形成的包覆层、有源区上限制层、有源区和有源区下限制层，在有源增益区两侧的衬底上形成两个对接生长区，对应两个吸收区；
[0022]S103、通过控制对接生长的气体流量、气体分压，在两个对接生长区依次生长有源区下限制层、吸收区的多量子阱、有源区上限制层，获得二次外延片；其中，两个吸收区的多量子阱的光致发光谱PL波长大于有源增益区的多量子阱的光致发光谱PL波长；
[0023]S104、去除第一掩膜，清洗二次外延片；
[0024]S105、在二次外延片生长第二掩膜，刻蚀第二掩膜，仅保留有源区上方的第二掩膜；腐蚀掉预留的异质结掩埋结构BH待生长区域的InP包覆层、有源区上限制层、有源层、有源区下限制层，在衬底上形成BH待生长区域；
[0025]S106、在BH待生长区域生长反向p/n结的InP包覆层；
[0026]S107、在整个包覆层上生长一层欧姆接触层。
[0027]接上述技术方案，该制作方法还包括步骤：
[0028]S108、在欧姆接触层上生长第三掩膜，刻蚀第三掩膜，将两个吸收区上方相应的欧姆接触层暴露，并腐蚀暴露出来的欧姆接触层；
[0029]S109、将有源增益区上方对应的欧姆接触层做第一金属电极层，在两个吸收区上方的包覆层做一层介质层；
[0030]S110、将整个外延片减薄后在衬底背面制备第二金属电极层，并在外延片两个端面上镀AR增透膜。
[0031]接上述技术方案，第一掩膜、第二掩膜、第三掩膜或者介质层均为SiO2。
[0032]本专利技术产生的有益效果是：本专利技术提出了一种单片集成的三段式结构，在发光区两端各集成一段吸收区，通过对接生长的方式实现两个吸收区的多量子阱的光致发光谱PL波长大于有源增益区的多量子阱的光致发光谱PL波长。对于波长短的光源，在光源传输过程中易被两侧的吸收区波长较长的材料吸收，从而实现低纹波反射的超辐射发光二极管芯片。
[0033]进一步地，配合端面镀膜增透膜，实现吸收反射的减小反射的目的，保证在较小影响二极管出纤功本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超辐射发光二极管芯片，其特征在于，该超辐射发光二极管芯片从下至上依次包括衬底、有源区下光限制层和有源区，该有源区包括有源增益区，该有源增益区两端均设有通过对接生长方式形成的吸收区，两个吸收区的多量子阱的光致发光谱PL波长大于有源增益区的多量子阱的光致发光谱PL波长。2.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管芯片，其特征在于，有源增益区的多量子阱的PL波长为1310nm，两个吸收区的多量子阱对应的PL波长为1330nm。3.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管芯片，其特征在于，其中一个吸收区为直波导吸收区，另一个吸收区为斜波导吸收区。4.根据权利要求3所述的超辐射发光二极管芯片，其特征在于，直波导吸收区的长度为300um，有源增益区的长度490um，斜波导吸收区的长度为10um。5.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管芯片，其特征在于，有源区至上设有源区上光限制层、包覆层和欧姆接触层。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的超辐射发光二极管芯片，其特征在于，衬底为n型InP衬底；芯片两侧镀有AR增透膜。7.根据权利要求5所述的超辐射发光二极管芯片，其特征在于，欧姆接触层为InGaAs；包覆层为InP。8.一种超辐射发光二极管芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：S101、制作一次外延片；在衬底上依次生长有源区下限制层、有源区、有源区上限制层、包覆层；且在该有源区上形成多量子阱区域；S102、依次在一次外延片上生长第一掩膜，保留有源区中部作为有源增益区上方对...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明洋，周志强，王任凡，
申请(专利权)人：武汉敏芯半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：