專利名稱：超輻射發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超輻射發(fā)光二極管。特別是涉及一種能夠提高偏振特性，從而提高 器件特性，有利于實(shí)現(xiàn)低紋波系數(shù)指標(biāo)的低偏振超輻射發(fā)光二極管。
背景技術(shù)：
超輻射發(fā)光二極管(SLD)相對(duì)于激光器譜寬范圍寬，相對(duì)于發(fā)光二極管(LED)輸出 功率大。通常從偏振角度上超輻射發(fā)光二極管可以粗略分為高偏振超輻射發(fā)光二極和低 偏振超輻射發(fā)光二極管兩種，其中低偏振超輻射發(fā)光二極是最近十幾年發(fā)展起來(lái)的一種 新型光電器件，是比普通超輻射發(fā)光二極管難度更大、工藝更復(fù)雜的光電器件，主要應(yīng) 用于傳感領(lǐng)域。
超輻射發(fā)光二極管目前主要應(yīng)用在光纖傳感上，是影響系統(tǒng)精度的最重要因素之一， 也是系統(tǒng)中不可替代的核心部分，可用于通信測(cè)試儀表和光相干層析系統(tǒng)等領(lǐng)域。
超輻射發(fā)光二極管光發(fā)射是一種放大的自發(fā)輻射，光在波導(dǎo)中傳播時(shí)獲得光增益， 是一種具有單程光增益的半導(dǎo)體光放大器件，輻射出的光為短相干長(zhǎng)度光。SLD具有較寬 的光譜，光譜調(diào)制度一般小，光輸出功率可以與普通LD相比，而遠(yuǎn)大于LED;光束發(fā)散 角也與LD相近而窄于LED，易于與單模光纖耦合，單模尾纖輸出功率可達(dá)毫瓦(mW)量 級(jí)。
超輻射發(fā)光二極管(SLD)，通常RWG結(jié)構(gòu)為臺(tái)形脊波導(dǎo)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制作，工 藝步驟少。
目前低偏振SLD所采用的是量子阱結(jié)構(gòu)，要想實(shí)現(xiàn)此類器件低偏振度，很難在技術(shù) 上取得突破，尤其是在可靠性問(wèn)題上難以得到解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能夠提高偏振特性，從而提高器件特性， 有利于實(shí)現(xiàn)低紋波系數(shù)指標(biāo)的低偏振超輻射發(fā)光二極管。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種超輻射發(fā)光二極管，是由襯底、下包層、下分別 限制層、有源區(qū)、上分別限制層、上包層、光限制層和歐姆接觸層依次構(gòu)成材料生長(zhǎng)部 分，在歐姆接觸層上通過(guò)介質(zhì)絕緣層形成有P型電極層，在襯底的下面形成有N型電極 層，所述的位于下分別限制層和上分別限制層之間的有源區(qū)采用體材料結(jié)構(gòu)，且有源區(qū) 的發(fā)光波長(zhǎng)范圍是0. 85pm到1. 7pm。
所述的依次構(gòu)成的歐姆接觸層、介質(zhì)絕緣層和P型電極層均采用倒臺(tái)形脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。 '所述的依次形成的歐姆接觸層和介質(zhì)絕緣層采用倒臺(tái)形脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在倒臺(tái)形脊波導(dǎo)兩側(cè)的凹陷處采用空氣或者BCB化合聚合物填充形成平面，所述的平面上形成有P型 電極層。
所述的低偏振超輻射發(fā)光二極管的波導(dǎo)方向與低偏振超輻射發(fā)光二極管的出光端面 法線的夾角e為7-15°
兩側(cè)的出光端面鍍10-4反射率的高增透多層光學(xué)介質(zhì)膜(13)。 ' 本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是 一種超輻射發(fā)光二極管，是由襯底、下包層、有 源區(qū)、上包層、光限制層和歐姆接觸層依次構(gòu)成材料生長(zhǎng)部分，在歐姆接觸層上通過(guò)介 質(zhì)絕緣層形成有P型電極層，在襯底的下面形成有N型電極層，所述的位于下分別限制 層和上分別限制層之間的有源區(qū)采用體材料結(jié)構(gòu)，且有源區(qū)的發(fā)光波長(zhǎng)范圍是0. 85pm到 1. 7pm。
所述的依次構(gòu)成的歐姆接觸層、介質(zhì)絕緣層和P型電極層均采用倒臺(tái)形脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。 所述的依次形成的歐姆接觸層和介質(zhì)絕緣層采用倒臺(tái)形脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在倒臺(tái)形脊波
導(dǎo)兩側(cè)的凹陷處采用空氣或者BCB化合聚合物填充形成平面，所述的平面上形成有P型
電極層。
所述的低偏振超輻射發(fā)光二極管的波導(dǎo)方向與低偏振超輻射發(fā)光二極管的出光端面 法線的夾角e為7-15°
兩側(cè)的出光端面鍍10—4反射率的高增透多層光學(xué)介質(zhì)膜。
本發(fā)明的低偏振超輻射發(fā)光二極管，結(jié)合材料有源區(qū)設(shè)計(jì)和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)完成低偏振度 設(shè)計(jì)，具有工藝簡(jiǎn)單、可靠性高的特點(diǎn)。本發(fā)明可應(yīng)用于0.85pm到1.7^m波段；本發(fā)明 用脊形波導(dǎo)(RWG)結(jié)構(gòu)減小串連電阻，提高注入效率，從而提高器件特性；本發(fā)明采用 傾斜波導(dǎo)，彎曲波導(dǎo)結(jié)構(gòu)后，高增透膜要求可以降低1到2個(gè)數(shù)量級(jí)，有利于實(shí)現(xiàn)低紋 波系數(shù)指標(biāo)的超輻射發(fā)光二極管。


圖1是本發(fā)明的材料生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)圖2a是本發(fā)明采用簡(jiǎn)單脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的超輻射發(fā)光二極管橫截面結(jié)構(gòu)示意圖2b是本發(fā)明采用平面化脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的超輻射發(fā)光二被管橫截面結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明脊波導(dǎo)超輻射發(fā)光二極管的俯視圖，其中
圖3a是傾斜條形結(jié)構(gòu)；圖3b是彎曲波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；
圖4a是本發(fā)明的雙端面光增透膜結(jié)構(gòu)的光反饋消除結(jié)構(gòu)；
圖4b是本發(fā)明的雙端面光增透膜結(jié)構(gòu)結(jié)合吸收區(qū)域結(jié)構(gòu)的光反饋消除結(jié)構(gòu)。
其中
1:襯底 2:下包層
3:下分別限制層 4:有源區(qū)
5:上分別限制層 6:上包層
7:光限制層 9:介質(zhì)絕緣層 lh P型電極層
8:歐姆接觸層 10: N型電極層 12:聚合物
13:高增透多層光學(xué)介質(zhì)膜層
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的超輻射發(fā)光二極管做出詳細(xì)說(shuō)明。
超輻射發(fā)光二極管器件的基本背景原理如下從波長(zhǎng)上區(qū)分，0.85微米(Mm)附近的 SLD采用鋁鎵砷/鎵砷(AlGaAs/GaAs)材料體系，1.3 |am和1. 55nm采用銦鎵砷磷/銦磷 (InGaAsP/InP)或者鋁鎵銦砷/銦磷(AlGalnAs/InP)材料體系。器件的基本工作原理如下 電流注入條件下，p層空穴和n層電子在發(fā)光層復(fù)合發(fā)光；依據(jù)發(fā)光層材料厚度不同可以 將器件分為體材料和量子阱SLD，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)采用雙溝平面掩埋(DC-PBH)或脊形波導(dǎo)(RWG) 結(jié)構(gòu)；在普通條形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上蒸發(fā)透膜方法形成了 SLD，其特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是 對(duì)增透膜要求很高。這種結(jié)構(gòu)即使在兩個(gè)端面都鍍上增透膜(AR膜)，仍具有一定的剩余 端面光反射，由此引起的高增益F-P腔模將引起較強(qiáng)的光譜調(diào)制，因此，要另外采用吸 收區(qū)結(jié)構(gòu)減少光反射。具體原理是與出光方向反向傳播的光將在吸收區(qū)被吸收，而有源 區(qū)與出光方向同向傳播的光將透射出器件，不會(huì)在器件兩端面間的反射，在管芯結(jié)構(gòu)制 作上，同時(shí)采用傾斜、彎曲波導(dǎo)，吸收、窗口區(qū)等結(jié)構(gòu)。
如圖1所示，本發(fā)明的超輻射發(fā)光二極管，是由襯底l、下包層2、下分別限制層3、 有源區(qū)4、上分別限制層5、上包層6、光限制層7和歐姆接觸層8依次構(gòu)成材料生長(zhǎng)部 分，在歐姆接觸層8上通過(guò)介質(zhì)絕緣層9形成有P型電極層11，在襯底l的下面形成有 N型電極層10，所述的位于下分別限制層3和上分別限制層5間的有源區(qū)4采用體材料 結(jié)構(gòu)，且有源區(qū)4的發(fā)光波長(zhǎng)范圍是0.85pm到1.7pm，而分別限制層為臺(tái)階結(jié)構(gòu)或緩變 分別限制結(jié)構(gòu)(GRIN-SCH)。
圖2a是本發(fā)明采用簡(jiǎn)單脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的超輻射發(fā)光二極管橫截面結(jié)構(gòu)示意圖，其中1 為N型襯底，2為N型下包層，3為下分別限制層，4為有源區(qū)，5上分別限制層，6為P 型上包層，7為光限制層，8為歐姆接觸層，9為介質(zhì)絕緣層，IO為N型電極層，11為P 型電極層。
本發(fā)明中提出采用接觸面積寬的倒角大的倒臺(tái)形脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，倒臺(tái)形脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的 寬接觸面積在減小器件的串聯(lián)電阻同時(shí)還可以提高載流子的注入效率，從而可以提高SLD 器件的功率輸出。在制作出倒臺(tái)形脊波導(dǎo)后再用聚合物做平面掩埋來(lái)最終獲得平面電極， 這樣可以保證器件電極的長(zhǎng)期可靠性。
如圖2a所示，所述的依次構(gòu)成的歐姆接觸層8、介質(zhì)絕緣層9和P型電極層11均采 用倒臺(tái)形脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
圖2b是本發(fā)明采用平面化脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的超輻射發(fā)光二極管橫截面結(jié)構(gòu)示意圖，其中
1為N型襯底，2為N型下包層，3為下分別限制層，4為有源區(qū)，5上分別限制層，6為
P型上包層，7為光限制層，8為歐姆接觸層，9為介質(zhì)絕緣層，IO為N型電極層，11為
P型電極層，12為聚合物。
如圖2b所示，所述的依次形成的歐姆接觸層8和介質(zhì)絕緣層9采用倒臺(tái)形脊波導(dǎo)結(jié)
構(gòu)，在倒臺(tái)形脊波導(dǎo)兩側(cè)的凹陷處采用空氣或者BCB等化合聚合物填充形成平面，所述
的平面上形成有平面的P型電極層11。
所述的兩側(cè)的出光端面鍍10—4反射率的高增透多層光學(xué)介質(zhì)膜13。 圖3a是傾斜條形結(jié)構(gòu)，其中13為高增透多層光學(xué)介質(zhì)膜層。其中e為超輻射發(fā)光二
極管的波導(dǎo)方向與超輻射發(fā)光二極管(SLD)的出光端面法線的夾角，為7-15°。
圖3b是彎曲波導(dǎo)結(jié)構(gòu),其中13為高增透多層光學(xué)介質(zhì)膜層。其中e為超輻射發(fā)光二
極管的波導(dǎo)方向與超輻射發(fā)光二極管(SLD)的出光端面法線的夾角，為7-15°，出光面 可以為任意面。
為了有效降低FP模式，消除光譜紋波(ripple)，在本發(fā)明中可采用傾斜或彎曲波導(dǎo) 結(jié)合端面、鍍制高增透膜結(jié)構(gòu)、吸收區(qū)或者將三者組合等方式，有利于實(shí)現(xiàn)低ripple指 標(biāo)的超輻射發(fā)光二極管(SLD)。
另外，本發(fā)明中提出還可以通過(guò)去掉下分別限制層3、上分別限制層5來(lái)提高器件的 飽和出光功率。
圖4a是雙端面光增透膜結(jié)構(gòu)，圖4b是雙端面光增透膜結(jié)構(gòu)結(jié)合吸收區(qū)域結(jié)構(gòu)，其 中陰影區(qū)域?yàn)槲諈^(qū)。
本發(fā)明所涉及的超輻射發(fā)光二極管的具體制作步驟具體如下-
a) 首先在1N型襯底1外延生長(zhǎng)2 N型下包層2、下分別限制層3，有源區(qū)4、上分 別限制層5， 6P型上包層6，光限制層7，歐姆接觸層8，結(jié)構(gòu)如圖l所示；
b) 在外延生長(zhǎng)后的基片上用光刻膠做掩模，用腐蝕液腐蝕出倒臺(tái)形脊波導(dǎo)；
c) 生長(zhǎng)介質(zhì)絕緣層，隨后用自對(duì)準(zhǔn)工藝腐蝕出電極窗口；
d) 若采用平面結(jié)構(gòu)，用聚合物做平面掩埋，在芯片減薄到100微米左右后在p面濺 射11P型電極層，在n面濺射10N型電極層；
e) 在出光面兩端鍍10-4反射率的高增透多層光學(xué)介質(zhì)膜13。
權(quán)利要求
1.一種超輻射發(fā)光二極管，是由襯底(1)、下包層(2)、下分別限制層(3)、有源區(qū)(4)、上分別限制層(5)、上包層(6)、光限制層(7)和歐姆接觸層(8)依次構(gòu)成材料生長(zhǎng)部分，在歐姆接觸層(8)上通過(guò)介質(zhì)絕緣層(9)形成有P型電極層(11)，在襯底(1)的下面形成有N型電極層(10)，其特征在于，所述的位于下分別限制層(3)和上分別限制層(5)之間的有源區(qū)(4)采用體材料結(jié)構(gòu)，且有源區(qū)(4)的發(fā)光波長(zhǎng)范圍是0.85μm到1.7μm。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的超輻射發(fā)光二極管，其特征在于，所述的依次構(gòu)成的歐姆 接觸層(8)、介質(zhì)絕緣層(9)和P型電極層(11)均采用倒臺(tái)形脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超輻射發(fā)光二極管，其特征在于，所述的依次形成的歐姆 接觸層(8)和介質(zhì)絕緣層(9)采用倒臺(tái)形脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在倒臺(tái)形脊波導(dǎo)兩側(cè)的凹陷處 采用空氣或者BCB化合聚合物填充形成平面，所述的平面上形成有P型電極層(11)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超輻射發(fā)光二極管，其特征在于，所述的低偏振超輻射發(fā) 光二極管的波導(dǎo)方向與低偏振超輻射發(fā)光二極管的出光端面法線的夾角e為7-15°
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超輻射發(fā)光二極管，其特征在于，兩側(cè)的出光端面鍍10—4 反射率的高增透多層光學(xué)介質(zhì)膜(13)。
6. —種超輻射發(fā)光二極管，是由襯底(1)、下包層(2)、有源區(qū)(4)、上包層 (6)、光限制層(7)和歐姆接觸層(8)依次構(gòu)成材料生長(zhǎng)部分，在歐姆接觸層(8)上通過(guò)介質(zhì)絕緣層(9)形成有P型電極層(11)，在襯底(1)的下面形成有N型電極 層(10)，其特征在于，所述的位于下分別限制層(3)和上分別限制層(5)之間的有 源區(qū).(4)采用體材料結(jié)構(gòu)，且有源區(qū)(4)的發(fā)光波長(zhǎng)范圍是0.85nm到1.7nm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的超輻射發(fā)光二極管，其特征在于，所述的依次構(gòu)成的歐 姆接觸層(8)、介質(zhì)絕緣層(9)和P型電極層(11)均采用倒臺(tái)形脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的超輻射發(fā)光二極管，其特征在于，所述的依次形成的歐姆 接觸層(8)和介質(zhì)絕緣層(9)采用倒臺(tái)形脊波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，在倒臺(tái)形脊波導(dǎo)兩側(cè)的凹陷處 采用空氣或者BCB化合聚合物填充形成平面，所述的平面上形成有P型電極層(11)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的超輻射發(fā)光二極管，其特征在于，所述的低偏振超輻射發(fā) 光二極管的波導(dǎo)方向與低偏振超輻射發(fā)光二極管的出光端面法線的夾角e為7-15°
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的超輻射發(fā)光二極管，其特征在于，兩側(cè)的出光端面鍍10—4 反射率的高增透多層光學(xué)介質(zhì)膜(13)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種超輻射發(fā)光二極管，是由襯底、下包層、下分別限制層、有源區(qū)、上分別限制層、上包層、光限制層和歐姆接觸層依次構(gòu)成材料生長(zhǎng)部分，在歐姆接觸層上通過(guò)介質(zhì)絕緣層形成有P型電極層，在襯底的下面形成有N型電極層，所述的位于下分別限制層和上分別限制層之間的有源區(qū)采用體材料結(jié)構(gòu)，且有源區(qū)的發(fā)光波長(zhǎng)范圍是0.85μm到1.7μm。本發(fā)明結(jié)合材料有源區(qū)設(shè)計(jì)和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)完成低偏振度設(shè)計(jì)，具有工藝簡(jiǎn)單、可靠性高的特點(diǎn)?？蓱?yīng)用于0.85μm到1.7μm波段；本發(fā)明用脊形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)減小串連電阻，提高注入效率，從而提高器件特性；本發(fā)明采用傾斜波導(dǎo)，彎曲波導(dǎo)結(jié)構(gòu)后，高增透膜要求可以降低1到2個(gè)數(shù)量級(jí)，有利于實(shí)現(xiàn)低紋波系數(shù)指標(biāo)的超輻射發(fā)光二極管。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101197407SQ20071006040
公開日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2007年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者進(jìn) 常, 軍 張, 李林松, 黃曉東 申請(qǐng)人:武漢光迅科技股份有限公司