大功率、耐伽玛辐照超辐射发光二极管制造技术

一种大功率、耐伽玛辐照超辐射发光二极管，发光二极管的芯片由顺次层叠在一起的N面电极层、衬底层、缓冲层、下包层、下波导层、有源层、上波导层、上包层、腐蚀阻挡层、外包层、顶层、电隔离介质膜层和P面电极层组成；其改进在于：在有源层和上波导层之间设置有电子限制层，其材质为P型AlGaInAs。本发明专利技术的有益技术效果是：可使发光二极管的芯片发光波长达到1.28μm～1.35μm，在100mA工作电流条件下与单模光纤耦合输出功率大于2mW，裸芯片状态下能够承受的伽玛辐照总剂量达到500Krad（Si），有源层采用低偏振度组合方式可实现偏振度小于0.5dB，采用高偏振度组合方式可实现偏振度大于13dB。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发光二极管，尤其涉及一种大功率、耐伽玛辐照超辐射发光二极管。
技术介绍
光纤传感事业的快速发展，迫切需要一种宽光谱、低相干性、大功率的光源，超辐射发光二极管具备激光二极管发散角小、输出功率大的特点，同时还具有发光二极管发射光谱宽、相干性低的优点，可以很好的满足光纤传感用光源的技术需求。光纤陀螺作为一种较为特殊的光纤传感器，广泛应用于各类航空器的导航控制领域，其内部光源主要采用超 辐射发光二极管，而随着人类科学探索范围的不断扩大，各种航天器进入宇宙空间，可用于导航控制的光纤陀螺将在充满各种宇宙射线的辐照环境下工作，光纤陀螺的工作状态的好坏将严重依赖于超辐射发光二极管光源在辐照条件下工作能否稳定。宇航辐照环境中的伽玛射线可造成电离辐射效应，将在光源芯片表面和内部产生多余的载流子，引起芯片材料内部载流子复合或界面多余电荷堆积，进而影响芯片光电性能参数的稳定性，这就要求芯片结构具有较强的载流子限制能力。
技术实现思路
针对
技术介绍
中的问题，本专利技术提出了一种大功率、耐伽玛辐照超辐射发光二极管，发光二极管的芯片由顺次层叠在一起的N面电极层、衬底层、缓冲层、下包层、下波导层、有源层、上波导层、上包层、腐蚀阻挡层、外包层、顶层、电隔离介质膜层和P面电极层组成；其改进在于在有源层和上波导层之间设置有电子限制层，电子限制层的材质为P型铝镓铟砷(AlGaInAs )。AlGaInAs材料是本领域常用的材料，其具有高的带隙差，可有效阻止载流子的泄漏，但现有技术一般仅将其用于制作有源层或波导层，也即现有技术中的发光二极管不具备电子限制层这一结构层，前述方案与现有技术的最大不同就在于有源层和上波导层之间添加了一电子限制层，该电子限制层可有效限制载流子的逸出，减弱辐照电离效应引起的芯片内部载流子非辐射复合效应，提高芯片抗电离辐射能力； 其原理是有源层和上波导层之间设置的P型AlGaInAs可在能带结构中提供一个有效势垒，其高度高于有源层和上波导层的势垒，伽玛辐照会使芯片内部材料电离，在PN结交界面附近形成大量空穴-电子对，采用现有结构时，这些空穴-电子对会积聚在有源层附近并俘获很多本用于发光的载流子，形成载流子非辐射复合，导致芯片发光效率下降，而添加了本专利技术的电子限制层后，可将伽玛辐照形成的大量空穴-电子对阻挡在有源层外，保证有源层内载流子不会由于载流子非辐射复合被消耗，从而确保芯片的发光效率不会因伽玛辐照而大幅降低。本专利技术所述电隔离介质膜层采用Si3N4。Si3N4相比常规作为电隔离介质膜层的SiO2密度更高、表面可动电荷数量更少，将Si3N4作为电隔离介质膜层，可使表面缺陷能极少，能减弱福照电离效应引起的芯片表面多余电荷堆积，进一步提高芯片抗电离福射能力； 在前述方案的基础上，本专利技术还对有源层作了进一步的改进所述有源层为多层应变量子阱混合结构；其原理是应变量的引入可提高光的模式增益，增大自发辐射增益，增大输出功率； 在前述多层应变量子阱混合结构方案的基础上，本专利技术还提出了如下六种优选的多层应变量子阱混合结构 结构一 所述多层应变量子阱混合结构由两层压应变量子阱层、两层无应变垒层和一层张应变量子阱层组成；两层无应变垒层分别层叠于张应变量子阱层的上、下侧面上，两层压应变量 子阱层分别层叠在两层无应变垒层的外侧面上； 结构二 所述多层应变量子阱混合结构由三层压应变量子阱层、四层无应变垒层和两层张应变量子阱层组成；第一无应变垒层和第二无应变垒层分别层叠于第一压应变量子阱层的上、下侧面上，两层张应变量子阱层分别层叠于第一无应变垒层和第二无应变垒层的外侧面上，第三无应变垒层和第四无应变垒层分别层叠于两层张应变量子阱层的外侧面上，第二压应变量子阱层和第三压应变量子阱层分别层叠于第三无应变垒层和第四无应变垒层的外侧面上； 结构三 所述多层应变量子阱混合结构由三层压应变量子阱层、六层无应变垒层和四层张应变量子阱层组成；第一压应变量子阱层的上侧面依次层叠有一无应变垒层、一张应变量子阱层、一无应变垒层、一压应变量子阱层、一无应变垒层、一张应变量子阱层，第一压应变量子阱层的下侧面依次层叠有一无应变垒层、一张应变量子阱层、一无应变垒层、一压应变量子阱层、一无应变垒层、一张应变量子阱层； 结构四 所述多层应变量子阱混合结构由三层张应变垒层和四层压应变量子阱层组成；第一张应变垒层的上侧面依次层叠有一压应变量子阱层、一张应变垒层、一压应变量子阱层，第一张应变垒层的下侧面依次层叠有一压应变量子阱层、一张应变垒层、一压应变量子阱层；结构四所形成的结构体记为D结构体； 结构五 所述多层应变量子阱混合结构为在D结构体的上侧面依次层叠有一张应变垒层、一压应变量子阱层，D结构体的下侧面依次层叠有一张应变垒层、一压应变量子阱层；结构五所形成的结构体记为E结构体； 结构六 所述多层应变量子阱混合结构为在E结构体的上侧面依次层叠有一张应变垒层、一压应变量子阱层，E结构体的下侧面依次层叠有一张应变垒层、一压应变量子阱层。其中，结构一、结构二、结构三用于实现低偏振参数，结构四、结构五、结构六用于实现高偏振参数；所述压应变量子阱层、张应变量子阱层、无应变垒层、张应变垒层均采用AlGaInAs材料制作。具体应用时，多层应变量子阱混合结构在前述六种结构形式中择一采用；其原理为通过张、压应变、无应变AlGaInAs超薄材料的组合，改变TE和TM模式的模式增益的比值，以实现低偏振参数和高偏振参数，其中，由结构一、结构二和结构三所形成的器件，可使轻空穴带能带位置上升，相比无应变或压应变结构，大大增强TM模的模式增益，促使TE模和TM模的模式增益相近，进而实现芯片偏振度小于0. 5dB的低偏性能；由结构四、结构五和结构六所形成的器件，可实现TE模式增益远高于TM模，进而实现芯片偏振度大于13dB的高偏性能。在这些结构中，垒层厚度为15 nm 20 nm，阱层厚度为5nm 15nm，张应变量为3000ppm 13000 ppm，压应变量为5000ppm 14000 ppm。所述AlGaInAs材料的量子阱结构均由MOCVD (金属有机化合物化 学气相沉淀)工艺生长而成。所述N面电极层采用AuGeN1、Au、T1、Pt、Au材料依次叠加而成；所述衬底和所述缓冲层均采用n型InP制作,所述下包层采用n型AlInAs制作,所述下波导层采用AlGaInAs制作；所述有源层可采用现有材料按现有结构制作，也可采用本专利技术的前述方案，以现有材料制作为多层应变量子阱混合结构；所述电子限制层采用前述方案中的P型AlGaInAs材料制作；所述上波导层采用AlGaInAs制作；所述上包层采用P型AlInAs制作；所述腐蚀阻挡层采用P型InGaAsP制作，所述外包层采用P型InP制作，所述顶层采用P+型InGaAs制作；所述电隔离介质膜层可采用现有技术中的SiO2制作，也可采用本专利技术前述方案中的Si3N4制作，所述P面电极层采用T1、Pt、Au材料依次叠加而成。本专利技术还提出了如下的优选器件参数方案所述N面电极层厚度为0. 7 i! nTl i! m ;所述衬底层厚度为300 V- nT350 ym;所述缓冲层厚度为0. nTO. 6 y m ;所述下包层厚度为0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大功率、耐伽玛辐照超辐射发光二极管，发光二极管的芯片由顺次层叠在一起的N面电极层（1）、衬底层（2）、缓冲层（3）、下包层（4）、下波导层（5）、有源层（6）、上波导层（7）、上包层（8）、腐蚀阻挡层（9）、外包层（10）、顶层（11）、电隔离介质膜层（12）和P面电极层（13）组成；其特征在于：在有源层（6）和上波导层（7）之间设置有电子限制层（14），电子限制层（14）的材质为P型AlGaInAs。

【技术特征摘要】
1.一种大功率、耐伽玛辐照超辐射发光二极管，发光二极管的芯片由顺次层叠在一起的N面电极层(I)、衬底层(2)、缓冲层(3)、下包层(4)、下波导层(5)、有源层(6)、上波导层(7)、上包层(8)、腐蚀阻挡层(9)、外包层(10)、顶层(11)、电隔离介质膜层(12)和P面电极层(13)组成； 其特征在于在有源层(6)和上波导层(7)之间设置有电子限制层(14)，电子限制层(14)的材质为P型AlGalnAs。2.根据权利要求1所述的大功率、耐伽玛辐照超辐射发光二极管，其特征在于所述电隔尚介质I旲层(12)米用Si3N4。3.根据权利要求1所述的大功率、耐伽玛辐照超辐射发光二极管，其特征在于所述有源层(6)为多层应变量子阱混合结构。4.根据权利要求3所述的大功率、耐伽玛辐照超辐射发光二极管，其特征在于所述多层应变量子阱混合结构包括多层应变量子阱混合结构在如下六种结构形式中择一采用 结构一 所述多层应变量子阱混合结构由两层压应变量子阱层(6-1)、两层无应变垒层(6-3)和一层张应变量子阱层(6-2)组成；两层无应变垒层(6-3)分别层叠于张应变量子阱层(6-2)的上、下侧面上，两层压应变量子阱层(6-1)分别层叠在两层无应变垒层(6-3)的外侧面上； 结构二 所述多层应变量子阱混合结构由三层压应变量子阱层(6-1)、四层无应变垒层(6-3)和两层张应变量子阱层(6-2)组成；第一无应变垒层(6-3)和第二无应变垒层(6-3)分别层叠于第一压应变量子阱层(6-1)的上、下侧面上，两层张应变量子阱层(6-2)分别层叠于第一无应变垒层(6-3 )和第二无应变垒层(6-3 )的外侧面上，第三无应变垒层(6-3 )和第四无应变垒层(6-3)分别层叠于两层张应变量子阱层(6-2)的外侧面上，第二压应变量子阱层(6-1)和第三压应变量子阱层(6-1)分别层叠于第三无应变垒层(6-3)和第四无应变垒层(6-3)的外侧面上； 结构三 所述多层应变量子阱混合结构由三层压应变量子阱层(6-1)、六层无应变垒层(6-3)和四层张应变量子阱层(6-2)组成；第一压应变量子阱层(6-1)的上侧面依次层叠有一无应变垒层(6-3)、一张应变量子阱层(6-2)、一无应变垒层(6-3)、一压应变量子阱层(6-1)、一无应变垒层(6-3)、一张应变量子阱层(6-2)，第一压应变量子阱层(6-1)的下侧面依次层叠有一无应变垒层(6-3)、一张应变量子阱层(6-2)、一无应变垒层(6-3)、一压应变量子阱层(6-1)、一无应变垒层(6-3 )、一张应变量子阱层(6-2 ); 结构四 所述多层应变量子阱混合结构由三层张应变垒层(6-4)和四层压应变量子阱层(6-1)组成；第一张应变垒层(6-4)的上侧面依次层叠有一压应变量子阱层(6-1)、一张应变垒层(6-4)、一压应变量子阱层(6-1)，第一张应变垒层(6-4...

【专利技术属性】
技术研发人员：田坤，周勇，张靖，段利华，王培界，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十四研究所，
类型：发明
国别省市：