超辐射发光二极管及其制作方法与流程

本技术属于半导体，具体涉及一种超辐射发光二极管及其制作方法。

背景技术：

1、超辐射发光二极管(superluminescent diode，sld)是一种基于自发辐射的光放大(ase)的器件，其发光特性介于激光器(ld)与发光二极管(led)之间。因其具有大功率，宽光谱，小光谱调制(ripple)的特点，且体积小，成本低，易于批量制造，在实际的生产生活中有着难以取代的应用，如：光相干层析成像(oct)、光纤传感、光纤陀螺等。实际应用时往往需要同时满足多个性能指标，例如应用于oct的光源应具有足够大的光功率来穿透人体组织，有足够短的相干长度(与光谱宽度成反比)来提供高空间分辨率，同时有足够小的ripple以避免在成像时引入额外的噪声。

2、设计高性能的sld其最大的难点在于大功率、宽光谱与小ripple的平衡。sld没有谐振腔结构，要实现大功率输出要求其具有很高的单程增益。然而大的单程增益会导致即便器件只有微弱的反射也会被放大，在光谱上表现出很大的ripple，这对sld的抗反射能力提出了十分严苛的要求。现有技术中仍没有一种超辐射发光二极管可以在大功率输出下仍然获得小的ripple。

技术实现思路

1、因此，本技术要解决的技术问题在于提供一种超辐射发光二极管及其制作方法，能够在大功率输出下获得小的ripple。

2、为了解决上述问题，本技术提供了一种超辐射发光二极管，包括衬底层、波导层、多量子阱有源层和对接生长层，所述波导层设置在所述衬底层的第一方向侧，所述多量子阱有源层和所述对接生长层设置在所述波导层的所述第一方向侧，所述对接生长层设置在所述多量子阱有源层沿所述超辐射发光二极管的出光方向上，以使光场在传输时被引导至所述多量子阱有源层靠近所述衬底层的一侧。

3、可选的，所述对接生长层由inp材料制成。

4、可选的，超辐射发光二极管还包括窗口区和吸收区，所述吸收区、所述有源区和所述窗口区沿所述超辐射发光二极管的出光方向依次排布；

5、所述超辐射发光二极管的长度为1000-1800um，所述有源区的长度为800-1400um，所述吸收区的长度为300-700nm，所述窗口区的长度为10-30um。

6、可选的，超辐射发光二极管还包括脊波导，所述脊波导的宽度为2-3um；所述脊波导为倾斜脊波导，所述脊波导的倾斜角度为6-12°；所述脊波导的两侧设置有沟槽，所述沟槽的深度为1.5-2.0um。

7、可选的，所述超辐射发光二极管还包括下分别限制层和上分别限制层，所述下分别限制层、所述多量子阱有源层和所述上分别限制层沿第一方向依次叠置，所述对接生长层与所述多量子阱有源层、所述下分别限制层、所述上分别限制层在所述超辐射发光二极管的出光方向上相对设置；所述超辐射发光二极管还包括n面金属电极层、缓冲层和波导包覆层，所述n面金属电极层、所述衬底层、所述缓冲层、所述波导层和所述波导包覆层沿所述第一方向依次叠置，所述下分别限制层和所述对接生长层设置在所述波导包覆层的所述第一方向侧；所述超辐射发光二极管还包括沿所述第一方向依次叠置的电子阻挡层、过渡层、腐蚀停止层和包覆层，所述电子阻挡层设置在所述下分别限制层和所述对接生长层的所述第一方向侧；所述超辐射发光二极管还包括接触层、sio2层和p面金属电极层，所述接触层沿所述超辐射发光二极管的出光方向夹设在所述sio2层之间，所述p面金属电极层叠置在所述接触层的所述第一方向侧；所述超辐射发光二极管沿长度方向的两端上分别设置有抗反射薄膜。

8、本技术的另一方面，提供了一种超辐射发光二极管的制作方法，用于制作如上述的超辐射发光二极管；

9、所述方法包括：

10、在衬底层的第一方向侧生长波导层；

11、在波导层的第一方向侧生长多量子阱有源层；

12、去除出多量子阱有源层位于超辐射发光二极管一端的部分；

13、在去除的部分上对接生长对接生长层，形成窗口区。

14、可选的，所述在衬底层的第一方向侧生长波导层的步骤之前，包括：

15、在衬底层的第一方向侧生长缓冲层；

16、所述在衬底层的第一方向侧生长波导层的步骤，包括：

17、在缓冲层的第一方向侧生长波导层；

18、所述在缓冲层的第一方向侧生长波导层的步骤之后，包括：

19、在波导层的第一方向侧生长波导包覆层；

20、调整材料组分，在波导包覆层的第一方向侧生长渐变折射率的下分别限制层；

21、所述在波导层的第一方向侧生长多量子阱有源层的步骤，包括：

22、在下分别限制层的第一方向侧交替生长inalgaas的垒层和量子阱层，形成4-8个量子阱作为多量子阱有源层；

23、在所述在下分别限制层的第一方向侧交替生长inalgaas的垒层和量子阱层，形成4-8个量子阱作为多量子阱有源层的步骤之后，包括：

24、在多量子阱有源层的第一方向侧生长渐变折射率的上分别限制层；

25、所述去除出多量子阱有源层位于超辐射发光二极管一端的部分的步骤，包括：

26、通过光刻和刻蚀除出下分别限制层、多量子阱有源层和上分别限制层位于超辐射发光二极管一端的部分，刻蚀长度为10-30um；

27、在所述在去除的部分上对接生长对接生长层，形成窗口区的步骤之后，包括：

28、在对接生长层和上分别限制层的第一方向侧生长电子阻挡层；

29、在电子阻挡层的第一方向侧生长过渡层；

30、在过渡层的第一方向侧生长腐蚀停止层；

31、在腐蚀停止层的第一方向侧生长包覆层；

32、在包覆层的第一方向侧生长接触层。

33、可选的，衬底层为n型掺杂的inp制成；

34、缓冲层为n型掺杂的inp制成，掺杂浓度(1-5)×1018cm-3，厚度300-700nm；

35、波导层为n型掺杂的ingaasp制成，掺杂浓度(1-5)×1018cm-3，厚度100-400nm；

36、波导包覆层为n型掺杂的inp制成，掺杂浓度(1-5)×1018cm-3厚度为600-800nm；

37、下分别限制层为渐变折射率的inalgaas制成，不掺杂，厚度为30-50nm；

38、量子阱厚为5-10nm，不掺杂；

39、上分别限制层为渐变折射率的inalgaas制成，不掺杂，厚度为30-50nm；

40、对接生长层为inp材料制成；

41、电子阻挡层为inalas制成，厚度为10-20nm；

42、过渡层为p型掺杂的inp制成，掺杂浓度(4-8)×1017cm-3，厚度10-50nm；

43、腐蚀停止层为p型掺杂的ingaasp制成，掺杂浓度(1-6)×1017cm-3，厚度10-20nm；

44、包覆层为p型渐变掺杂的inp制成，掺杂浓度(0.8-5)×1018cm-3，厚度1.5-1.8um；

45、接触层为重掺杂的ingaas制成，掺杂浓度(2-8)×1019cm-3厚度100-400nm。

46、可选的，在所述去除的部分上对接生长对接生长层，形成窗口区的步骤之后，包括：

47、制作倾斜脊波导；

48、倾斜脊波导的周向侧制作隔离区；

49、在倾斜脊波导上开窗口和制作解离区，并露出部分接触层；

50、制作p面金属电极层；

51、对p面金属电极层进行加厚；

52、磨除部分衬底层，制作n面金属电极层；

53、解理成条，在超辐射发光二极管沿长度方向的两端上分别镀抗反射薄膜。

54、可选的，所述制作倾斜脊波导的步骤，包括：沉积一层sio2薄膜，通过光刻和刻蚀技术将倾斜脊波导的图案转移至sio2膜上，使用反应离子刻蚀0.6-1.0um，使用h3po4：hcl＝3:1的选择性腐蚀液腐蚀至腐蚀停止层上方制作出沟槽，在沟槽之间形成倾斜脊波导，其中倾斜脊波导的宽度为2-3um，倾斜角度为6-12°；

55、所述倾斜脊波导的周向侧制作隔离区的步骤，包括：通过pecvd技术在沟槽外部的接触层上和沟槽内的腐蚀停止层上沉积一层的sio2作为掩膜，通过光刻和刻蚀将隔离区图形转移至sio2掩膜上，随后使用h2so4:h2o2:h2o＝1:1:20的溶液腐蚀出隔离区，去除sio2掩膜；

56、所述在倾斜脊波导上开窗口和制作解离区，并露出部分接触层的步骤，包括：在整体表面生长一层sio2介质膜层，通过光刻和刻蚀去除有源区内的脊波导的上方的sio2和解理区的sio2，制作出解理区的同时露出接触层与p面金属电极层相接触的区域；

57、所述制作p面金属电极层的步骤，包括：将p面金属电极层图案转移到光刻胶上，溅射ti/pt/au作为p面电极；

58、所述对p面金属电极层进行加厚的步骤，包括：对p面金属电极层进行化学镀金加厚；

59、所述磨除部分衬底层，制作n面金属电极层的步骤，包括：磨除衬底层远离波导层的一侧，使衬底层减薄至100-130um，溅射ti/pt/au作为n面金属电极层；

60、所述解理成条，在超辐射发光二极管沿长度方向的两端上分别镀抗反射薄膜的步骤，包括：解理成条，在bar条沿长度方向的两端上分别镀抗反射薄膜，将bar条解理成单颗芯片。

61、有益效果

62、本发明的实施例中所提供的一种超辐射发光二极管及其制作方法，通过在多量子阱有源层沿超辐射发光二极管的出光方向上设置对接生长层，且将波导层设置在衬底层的第一方向侧，并将多量子阱有源层和对接生长层设置在波导层的第一方向侧，使得对接生长层与波导层相配合，能够在光场传输被引导至超辐射发光二极管的有源区所在的平面靠近衬底层的一侧，可进一步增强芯片的抗反射能力，可以获得大功率、小光谱调制的光源。而且，由于波导层的存在，使得光场在向出光端面传输时光斑在沿第一方向上的尺寸会增大，可以减小光斑的垂直远场发散角，在输出端可以得到一个更接近圆形的输出光斑，有利于后续与光纤进行耦合，提高出纤功率。