專利名稱：超輻射發光二極管及其制作方法
技術領域：
本發明屬于有源半導體發光器件技術領域，尤其涉及一種超輻射發光二極管。
背景技術：
超輻射發光二極管是一種自發將輻射光放大的器件，其光電特性介于激光器與發光二極管之間，兼具激光器的高輸出功率及發光二極管的寬光譜特性等優點，在光纖陀螺、光學相干層析成像技術以及光纖通信等領域有著廣泛的應用。傳統的超輻射發光二極管的有源區一般為體材料或壓應變多量子阱，其TE模式(te mode)的輸出功率一般遠大于TM模式(tm mode),為了保證光的線偏振方向不變,需要在光纖傳感等應用中使用保偏光纖或其它偏振控制器件來調節，增加了使用成本。此外，由于大的光譜紋波會產生二次相干峰，影響光纖陀螺儀的精度，因此一般要求超輻射發光二級管具有較小的紋波系數。獲得較低光譜紋波的方法一般有在背光面制作吸收區、增益區采用傾斜條形結構、在出光端面鍍增透膜等方式，但這些方法均對端面鍍膜工藝要求較高，工藝實現難度較大，且不易獲得較高的光輸出功率。而在超輻射發光管的波導結構設計上，通常采用脊型波導結構，其優點是工藝簡單，可靠性好，但是在材料生長方向上較大的遠場發散角使得光纖耦合功率損耗較大，出纖功率較低。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種偏振靈敏度低、紋波系數小、高功率及寬光譜的超輻射發光二極管結構。
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種超輻射發光二極管的制作方法，包括
步驟一，采用外延生長技術，在襯底上依次形成緩沖層、下限制層、有源區、上限制層和第一 P型包覆層，構成一次外延片；
步驟二，繼續采用外延生長技術，在一次外延片表面依次生長出第二 P型包覆層和η型包覆層，構成二次外延片；
步驟三，繼續采用外延生長技術，在二次外延片表面繼續生成覆蓋層和接觸層，構成三次外延片；
步驟四，依次采用光刻、刻蝕、磨片和濺射工藝將三次外延片制作成超輻射發光二極管芯片，并對所述芯片的出光端面鍍增透膜。進一步地，在步驟一和步驟二之間，采用等離子體增強化學氣相沉積法，在所述第一 P型包覆層表面生長出掩膜層；
采用光刻及刻蝕技術，在所述掩膜層上制作掩膜圖形，形成吸收區，隔離區、直波導區和傾斜條形波導區并采用反應離子刻蝕技術及化學腐蝕方法對一次外延片進行蝕刻，蝕刻深度為1500納米。進一步地，在步驟二完成后，去除掩膜層。本發明還提供一種超輻射發光二極管，包括有襯底，在襯底上依次設置有緩沖層、下限制層、有源區、上限制層、包覆層、覆蓋層和接觸層，所述超輻射發光二極管的兩端分別為背光端和出光端，所述背光端設置有吸收區，所述出光面設置有彎曲波導結構。進一步地，所述有源區為應變多量子阱層，所述應變多量子阱層包含五層量子阱和六層壘層，所述量子阱為張應變量子阱，應變范圍為-O. 1%至-O. 6%，每層厚度為10納米，所述壘層無應變，每層厚度為10納米。進一步地，所述襯底為N型磷化銦InP襯底； 所述緩沖層為銦磷InP緩沖層，厚度為500納米；
所述下限制層為銦鎵砷磷InGaAsP下限制層，厚度為100納米；
所述上限制層為InGaAsP上限制層，厚度為100納米；
所述覆蓋層為P型InP覆蓋層，厚度為1500納米；
所述接觸層為InGaAs歐姆接觸層，厚度為200納米；
所述吸收區為矩形，長度為50至300微米，所述寬度為1. 2至250微米。進一步地，所述包覆層包括有依次設置的第一 P型包覆層、第二 P型包覆層、η型包覆層。進一步地，所述第一 P型包覆層為P型磷化銦InP層，厚度為250納米；
所述第二 P型包覆層也為P型InP層，厚度為700納米；
所述η型包覆層為η型InP層，厚度為800納米。進一步地，彎曲波導結構由直波導區、彎曲波導區和傾斜條形波導區依次組成。進一步地，所述直波導區長度為5(Γ500微米，彎曲波導區長度為5(Γ200微米，傾斜條形波導區與出光端面的夾角為8(Γ85度。本發明的顯著特點在于
1、采用均勻多量子阱作為超輻射發光二極管的有源區，以獲得近高斯線形的光譜形狀，其中使用張應變材料為量子阱層，以實現較低的偏振靈敏度；
2、采用吸收區與彎曲波導結構相結合的方法來抑制光反饋，降低了對出光端面的鍍膜要求，從而降低了工藝實現難度，有利于獲得低的紋波系數及寬的光譜；
3、采用隱埋異質結構對超輻射發光二極管的側向進行電流及光場限制，從而獲得更高的光輸出功率及光纖耦合效率。
圖1是本發明的一次外延結構示意圖，
圖2是本發明的二次外延結構示意圖，
圖3是本發明的三次外延結構示意圖。圖中，1. N型InP襯底，2.1nP緩沖層，3.1nGaAsP下限制層，4.張應變多量子阱層，5.1nGaAsP上限制層，6· P型InP層，7.掩膜層，8.吸收區，9.隔離區10、直波導區，
11.彎曲波導區，12.傾斜條形波導區，13. P型InP層，14. η型InP層，15. P型InP覆蓋層，16.1nGaAs歐姆接觸層，17.出光端，18.背光端。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。如圖3所示，為本發明一種超輻射發光二極管的一實施例，包括有襯底，在襯底上依次設置有緩沖層、下限制層、有源區、上限制層、包覆層、覆蓋層和接觸層。所述超輻射發光二極管兩端分別為背光端18和出光端17，所述背光端18設置有吸收區8，用于吸收出光端17反射的光線，所述出光端17設置彎曲波導結構，所述彎曲波導結構由直波導區10、彎曲波導區11和傾斜條形波導區12依次組成，所述直波導區10長度為5(Γ500微米，彎曲波導區11長度為5(Γ200微米，傾斜條形波導區12與出光端面的夾角為80 85度。
因為傾斜條形波導區12與出光端面的夾角為8(Γ85度，所以出射光的反射路徑會沿著與出光面夾角的切線方向進行反射，不會沿著出射光路返回，所以吸收區8與彎曲波導結構相結合的方法成功抑制了光反饋，有利于獲得較低的紋波系數及較寬的光譜，降低了對出光端面的鍍膜要求。本實施例中，所述有源區為應變多量子阱層，并采用隱埋異質結構，所述應變多量子阱層由五層量子阱和六層壘層組成，所述量子阱為張應變量子阱，因此，所述應變多量子阱層為張應變多量子阱層4。所述襯底為N型磷化銦InP襯底I ;
所述緩沖層為銦磷InP緩沖層2，厚度為500納米；
所述下限制層為銦鎵砷磷InGaAsP下限制層3，厚度為100納米；
所述上限制層為InGaAsP上限制層5，厚度為100納米；
所述覆蓋層為P型InP覆蓋層15，厚度為1500納米；
所述接觸層為InGaAs歐姆接觸層16，厚度為200納米；
所述吸收區8為矩形，長度為50至300微米，所述寬度為1. 2至250微米。所述包覆層包括有依次設置的第一 P型包覆層、第二 P型包覆層、η型包覆層。所述第一 P型包覆層為P型磷化銦InP層6，厚度為250納米；
所述第二 P型包覆層也為P型InP層13，厚度為700納米；
所述η型包覆層為η型InP層14，厚度為800納米。本發明超輻射發光二極管的制作方法，如圖1所示，為本發明的一次外延結構示意圖，步驟一，采用外延成長技術，在襯底上依次形成緩沖層、下限制層、有源區、上限制層和第一 P型包覆層，構成一次外延片。在本實施例中，采用的外延生長技術為金屬有機物化學氣相淀積法(M0CVD，Metal-organic Chemical Vapor Deposition ),在 N 型 InP 襯底 I 上，米用 MOCVD 依次生長InP緩沖層2、晶格匹配的InGaAsP下限制層3、張應變多量子阱層4、晶格匹配的InGaAsP上限制層5和P型InP層6,從而完成一次外延生長,形成一次外延片。其中InP緩沖層2厚度為500nm ;
InGaAsP下限制層3和InGaAsP上限制層5的厚度均為IOOnm ；
張應變多量子阱層4厚度為llOnm，包含了 5層量子阱和6層壘層，每一層量子阱和壘層的厚度均為10nm，量子阱的應變范圍為-O. 1%至-O. 6%，本實施例中，量子阱的應變范圍為-O. 3%張應變，壘層無應變；
第一 P型InP層6的厚度為250nm。然后采用等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD, Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition ),在一次外延片表面的第一 p型InP層6上生長200nm厚的掩膜層7,所述掩膜層7為二氧化硅掩膜層。 然后利用光刻及刻蝕技術，在掩膜層7上制作掩膜圖形，形成吸收區8、隔離區9、直波導區10、彎曲波導區11和傾斜條形波導區12，接著采用反應離子刻蝕技術及化學腐蝕方法蝕刻一次外延片，蝕刻深度為1500nm。步驟二，繼續采用外延生長技術，在一次外延片表面依次生長出第二 P型包覆層和η型包覆層,構成二次外延片；
本實施例中，如圖2所示，為本發明的二次外延結構示意圖，利用MOCVD技術，在一次外延片表面生長出第二 P型InP層13及η型InP層14，其中第二 ρ型InP層13厚度為700nm，η型InP層14厚度為800nm。二次外延生長后，去除掩膜層7。步驟三，繼續采用外延生長技術，在二次外延片表面繼續生成覆蓋層和接觸層，構成三次外延片；
本實施例中，如圖3所示，為本發明三次外延結構示意圖，將去除掩膜層7的二次外延片置入MOCVD設備中進行第三次外延，即生長ρ型InP覆蓋層15及InGaAs歐姆接觸層16，其中P型InP層15厚度為1500nm，InGaAs歐姆接觸層16厚度為200nm。最后依次采用光刻、刻蝕、磨片和濺射等工藝制作成超輻射發光二極管芯片，并利用真空介質鍍膜機對芯片出光端面鍍上增透膜，增透膜反射率為O. 5%。本發明的有源區采用了張應變多量子阱，實現了近高斯線形的光譜形狀及低偏振靈敏度；而且有源區側向采用隱埋異質結構對電流和光場起到了限制作用，獲得了更高的芯片出光功率及光纖耦合效率；并通過吸收區與彎曲波導結構相結合的方法以抑制光反饋，從而降低了出光端面鍍膜工藝要求，實現低的光譜紋波。以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，本發明的保護范圍不限于此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護范圍之內。本發明的保護范圍以權利要求書為準。
權利要求
1.一種超輻射發光二極管的制作方法，其特征在于，包括步驟一，采用外延生長技術，在襯底上依次形成緩沖層、下限制層、有源區、上限制層和第一 P型包覆層，構成一次外延片；步驟二，繼續采用外延生長技術，在一次外延片表面依次生長出第二 P型包覆層和η型包覆層，構成二次外延片；步驟三，繼續采用外延生長技術，在二次外延片表面繼續生成覆蓋層和接觸層，構成三次外延片；步驟四，依次采用光刻、刻蝕、磨片和濺射工藝將三次外延片制作成超輻射發光二極管芯片，并對所述芯片的出光端面鍍增透膜。
2.根據權利要求1所述的一種超輻射發光二極管的制作方法，其特征在于，在步驟一和步驟二之間，采用等離子體增強化學氣相沉積法，在所述第一 P型包覆層表面生長出掩膜層；采用光刻及刻蝕技術，在所述掩膜層上制作掩膜圖形，形成吸收區，隔離區、直波導區和傾斜條形波導區并采用反應離子刻蝕技術及化學腐蝕方法對一次外延片進行蝕刻，蝕刻深度為1500納米。
3.根據權利要求2所述的一種超輻射發光二極管的制作方法，其特征在于，在步驟二完成后，去除掩膜層。
4.一種超輻射發光二極管，包括有襯底，其特征在于，在襯底上依次設置有緩沖層、下限制層、有源區、上限制層、包覆層、覆蓋層和接觸層，所述超輻射發光二極管的兩端分別為背光端和出光端，所述背光端設置有吸收區，所述出光面設置有彎曲波導結構。
5.根據權利要求4所述的一種超輻射發光二極管，其特征在于，所述有源區為應變多量子阱層，所述應變多量子阱層包含五層量子阱和六層壘層，所述量子阱為張應變量子阱， 應變范圍為-O. 1%至-O. 6%，每層厚度為10納米，所述壘層無應變，每層厚度為10納米。
6.根據權利要求4所述的一種超輻射發光二極管，其特征在于，所述襯底為N型磷化銦InP襯底；所述緩沖層為銦磷InP緩沖層，厚度為500納米；所述下限制層為銦鎵砷磷InGaAsP下限制層，厚度為100納米；所述上限制層為InGaAsP上限制層，厚度為100納米；所述覆蓋層為P型InP覆蓋層，厚度為1500納米；所述接觸層為InGaAs歐姆接觸層，厚度為200納米；所述吸收區為矩形，長度為50至300微米，所述寬度為1. 2至250微米。
7.根據權利要求4所述的一種超輻射發光二極管，其特征在于，所述包覆層包括有依次設置的第一 P型包覆層、第二 P型包覆層、η型包覆層。
8.根據權利要求7所述的一種超輻射發光二極管，其特征在于，所述第一 P型包覆層為P型磷化銦InP層，厚度為250納米；所述第二 P型包覆層也為P型InP層，厚度為700納米；所述η型包覆層為η型InP層，厚度為800納米。
9.根據權利要求4所述的一種超輻射發光二極管，其特征在于，彎曲波導結構由直波導區、彎曲波導區和傾斜條形波導區依次組成。
10.根據權利要求9所述的一種超輻射發光二極管，其特征在于，所述直波導區長度為50^500微米，彎曲波導區長度為5(Γ200微米，傾斜條形波導區與出光端面的夾角為8(Γ85度。
全文摘要
本發明公開了一種超輻射發光二極管及其制作方法，包括有襯底，采用外延生長技術，在襯底上依次形成緩沖層、下限制層、有源區、上限制層和第一p型包覆層，構成一次外延片；繼續采用外延生長技術，在一次外延片表面依次生長出第二p型包覆層和n型包覆層，構成二次外延片；繼續采用外延生長技術，在二次外延片表面繼續生成覆蓋層和接觸層，構成三次外延片；依次采用光刻、刻蝕、磨片和濺射工藝將三次外延片制作成超輻射發光二極管芯片，并對所述芯片的出光端面鍍增透膜。本發明具有偏振靈敏度低、紋波系數小、高功率及寬光譜等優點。
文檔編號H01S5/20GK103022897SQ20121058193
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者周志強, 劉建軍, 唐琦 申請人:武漢華工正源光子技術有限公司