一种超辐射发光二极管的制作方法

本发明属于发光二极管的，尤其涉及一种超辐射发光二极管。

背景技术：

1、超辐射发光二极管(sld)是一种介于半导体激光器(ld)和发光二极管(led)之间的光源，广泛用于光纤陀螺、光学相干断层扫描等领域。光纤陀螺被广泛的应用于惯性导航，其被称为武器的眼睛，有重要的军用价值。在民用方面，光纤陀螺被广泛的应用于无人车、无人机等领域。光学相干断层扫描技术被广泛的应用于治疗眼睛和诊断材料。超辐射发光二极管是上述两种技术的常用且重要光源，研究高性能的超辐射发光二极管极具意义。

2、sld的性能介于ld和led之间，其既需要实现ld的高功率，高效率，又需要同时拥有led的宽光谱、低时间相干的特性。所以制备高性能的sld需要新型、特殊的结构设计。为了实现宽光谱和低光谱纹波的目的，例如专利公开号cn114388666a公开了超辐射发光二极管芯片及其制作方法，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。此专利使用对接外延的结构，来增对光的吸收，但是此中方法需要特殊的多次的外延，增加了制备难度和成本。另外，专利公开号cn101197407a公开了超辐射发光二极管，该专利中使用直波导和单弯曲波导组合的器件结构，但是其在功率较高或者温度较低时还是无法有效的抑制光谱纹波。

技术实现思路

1、针对现存超辐射发光二极管制备复杂、对腔面反射敏感易产生光谱纹波的技术问题，本发明提出一种超辐射发光二极管，制备的sld结构简单，具有高功率、宽光谱、低光谱纹波的性能。

2、为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种超辐射发光二极管，包括衬底，衬底正面生长有外延材料，所述外延材料的上表面设有波导结构，所述波导结构包括首尾相连的短弯曲波导吸收区、直波导发光区和长弯曲波导吸收区，长弯曲波导吸收区的长度大于短弯曲波导吸收区的长度，所述长弯曲波导吸收区位于前腔面的一端，短弯曲波导吸收区位于后腔面的一端，长弯曲波导吸收区前端面为出光面；所述直波导发光区上设有电极，形成注电发光区。

4、优选的，所述波导结构的形状为s形或c形。

5、优选的，所述短弯曲波导吸收区的后端连接有非波导吸收区，非吸收波导区的长度为10～100um，宽度和超辐射发光二极管的最大宽度尺寸一致。

6、优选的，所述直波导发光区的长度大于长弯曲波导吸收区的长度，直波导的长度和长弯曲波导的长度比值为2：1。

7、优选的，所述长弯曲波导吸收区和光轴的夹角为2-10°，所述短弯曲波导吸收区和光轴的夹角为2-10°。

8、优选的，所述长弯曲波导吸收区的曲率半径为1000～5000um，短弯曲波导吸收区的曲率半径为1000～5000um。

9、优选的，所述中间直波导发光区的宽度为1～250um，长弯曲波导吸收区的宽度为2～5um，短弯曲波导吸收区的宽度为2～5um。

10、优选的，所述波导结构包括直波导发光区、长弯曲波导吸收区和耦合波导，所述长弯曲波导位于前腔面的一端，直波导发光区和耦合波导位于后腔面的一端，且耦合波导位于直波导发光区的侧边，直波导发光区与耦合波导之间光场耦合，直波导发光区与长弯曲波导吸收区连接，长弯曲波导吸收区前端面为出光面；所述直波导发光区上设有电极，形成注电发光区。

11、优选的，所述耦合波导为条形波导，也可以为圆环结构或者弧形结构等。

12、优选的，超辐射发光二极管的前腔面镀有高透膜，后腔面有高透膜。

13、优选的，所述衬底正面的外延材料由下至上依次包括半导体包层、下波导层、量子阱区和上波导层，衬底背面设有n面电极，直波导发光区上设有p面电极。

14、本发明的有益效果：直波导发光区上端有电极为整个器件的发光单元，长弯曲波导吸收区的设置是为了降低前腔面的剩余反射率，以及增加对光的吸收；短弯曲波导吸收区也是为了降低后腔面的反射率，以及增加对光的吸收。长弯曲波导吸收区和短弯曲波导吸收区的设置能够有效降低光源腔面的残余反射率，进而降低光谱的纹波。另外，非吸收区没有波导结构，光达到后腔面反射时，由于模斑不匹配，进入到波导结构中的光进一步减少，所以光谱纹波被进一步的抑制。设置耦合波导，把光耦合进入耦合波导中，增加了反射光的吸收长度以及减少了反射光耦合进入直波导中的比例，同样可以降低光谱纹波。本发明制备的sld结构简单，具有高功率、宽光谱输出性能，并且输出光谱平坦，能够有效减小光谱波纹的产生，其最大光谱纹波小于0.2db。

技术特征：

1.一种超辐射发光二极管，其特征在于，包括衬底(201)，衬底(201)正面生长有外延材料，所述外延材料的上表面设有波导结构，所述波导结构包括首尾相连的短弯曲波导吸收区(103)、直波导发光区(101)和长弯曲波导吸收区(102)，长弯曲波导吸收区的长度大于短弯曲波导吸收区(103)的长度，所述长弯曲波导吸收区(102)位于前腔面(104)的一端，短弯曲波导吸收区(103)位于后腔面(105)的一端，长弯曲波导吸收区(102)前端面为出光面；所述直波导发光区(101)上设有电极，形成注电发光区。

2.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述波导结构的形状为s形或c形。

3.根据权利要求1或2所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述短弯曲波导吸收区(103)的后端连接有非波导吸收区(109)，非吸收波导区的长度为10～100um，宽度和超辐射发光二极管的最大宽度尺寸一致。

4.根据权利要求3所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述直波导发光区(101)的长度大于长弯曲波导吸收区(102)的长度，直波导的长度和长弯曲波导的长度比值为2：1。

5.根据权利要求4所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述长弯曲波导吸收区(102)和光轴的夹角为2-10°，所述短弯曲波导吸收区(103)和光轴的夹角为2-10°。

6.根据权利要求5所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述长弯曲波导吸收区(102)的曲率半径为1000～5000um，短弯曲波导吸收区(103)的曲率半径为1000～5000um。

7.根据权利要求6所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述中间直波导发光区的宽度(108)为1～250um，长弯曲波导吸收区的宽度(106)为2～5um，短弯曲波导吸收区的宽度(107)为2～5um。

8.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管，其特征在于，将短弯曲波导吸收区(103)替换为耦合波导(111)，所述波导结构包括直波导发光区(101)、长弯曲波导吸收区(102)和耦合波导(111)，所述长弯曲波导位于前腔面(104)的一端，直波导发光区(101)和耦合波导(111)位于后腔面(105)的一端，且耦合波导(111)位于直波导发光区(101)的侧边，直波导发光区(101)与耦合波导(111)之间光场耦合，直波导发光区(101)与长弯曲波导吸收区(102)连接，长弯曲波导吸收区(102)前端面为出光面；所述直波导发光区(101)上设有电极，形成注电发光区。

9.根据权利要求1、2和4-8任一项所述的超辐射发光二极管，其特征在于，超辐射发光二极管的前腔面(104)镀有高透膜，后腔面(105)有高透膜。

10.根据权利要求9所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述衬底(201)正面的外延材料由下至上依次包括半导体包层(202)、下波导层(203)、量子阱区(204)和上波导层(205)，衬底(201)背面设有n面电极，直波导发光区(101)上设有p面电极。

技术总结
本发明提出了一种超辐射发光二极管，属于发光二极管的技术领域，用于解决超辐射发光二极管对腔面反射敏感易产生光谱纹波的技术问题。本发明超辐射发光二极管包括衬底，衬底正面生长有外延材料，所述外延材料的上表面设有波导结构，所述波导结构包括首尾相连的短弯曲波导吸收区、直波导发光区和长弯曲波导吸收区，长弯曲波导吸收区的长度大于短弯曲波导吸收区的长度，所述长弯曲波导吸收区位于前腔面的一端，短弯曲波导吸收区位于后腔面的一端，长弯曲波导吸收区前端面为出光面，所述直波导发光区上设有电极，形成注电发光区。本发明制备的SLD具有高功率、宽光谱、低光谱纹波的性能输出。

技术研发人员：徐林海,刘耀,褚昆昆,王欢
受保护的技术使用者：河南仕佳光子科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12