一种超辐射发光二极管的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超辐射发光二极管芯片的制备方法，尤其是一种高输出功率、低发散角1550nm SLD芯片的制备方法。
【背景技术】
[0002]超辐射发光二极管，具有宽光谱、弱时间相干性、高输出功率、高效率的特性，其具有比LD更宽的发光光谱和更短的相干长度，同时比LED具有更高的输出功率，其主要优点是宽光谱、相对较大的输出功率;被广泛应用在光纤陀螺、光纤传感、光学相干层析等领域。
[0003]对于SLD器件来说，高的光纤输出功率，能保证在高速旋转的情况下，光纤陀螺仪的高精度和高敏感性；同时，高的光纤输出功率能提高光学相干层析的轴向分辨率。因此提高SLD的出纤功率具有重要意义，常规的SLD器件由于芯片自身输出功率相对偏低，同时发散角大，光纤耦合效率低，使得光纤耦合输出功率很难提高。
[0004]对于芯片而言，通过提高芯片腔长是增加出光功率的一个直接方法，然而当腔长增加到Imm以上时，大电流注入容易使得载流子纵向分布不均，导致空间烧孔，引起增益饱和，使得输出功率过早饱和。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种超辐射发光二极管的制备方法。
[0006]本发明采用以下技术方案实现:一种超辐射发光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:(I)采用MOCVD在InP衬底上外延生长形成优化的外延片；(2)在外延片表面沉积200nm的S12介质层，对其进行光刻、湿法腐蚀形成特定的脊波导结构；(3)对形成脊波导结构的片子去除表面介质;再生长钝化层;对片子进行光刻、金属溅射、减薄及金属溅射，从而实现片子P型接触电极制备、减薄及N型接触电极制备；并对片子进行合金形成芯片；
(4)将芯片解离成bar条，对其出光和背光面蒸镀高透和高反膜。
[0007]进一步的，步骤(I)包括以下具体步骤:采用MOCVD外延生长方法依次在InP衬底上生长掺杂浓度8 X 117的100nm N-1nP缓冲层、200nm InGaAsP下分别限制层、含三层InGaAsP量子阱的有源区，量子阱发光波长为1540-1560nm、200nm InGaAsP上分别限制层、掺杂浓度I X 117的10nm P-1nP空间层、掺杂浓度2 X 117的25nm P-1nGaAsP腐蚀停止层、掺杂浓度3\1017的150011111 P-1nP覆盖层、掺杂浓度2 X 119的250nm P+-1nGaAs接触层。
[0008]进一步的，步骤(2)包括以下具体步骤:光刻形成特定形状的脊波导结构，采用H3P04:HC1=3:1溶液对片子进行脊型控制腐蚀，腐蚀时间4min;所述脊波导结构包括锥形波导结构和直波导结构；其中锥形波导结构锥形张角为1.5°，沿腔长方向长度为600um，逐渐过渡到宽度为2um的直波导结构，直波导结构脊宽2um，直波导结构沿腔长方向长度600um，直波导结构结构与芯片端面法向夹角为3°
进一步的，步骤(3)包括以下步骤:生长S12钝化层后采用金属磁控溅射Ti(40nm)/Pt(100]1111)/^11(6011111)作为？面一次金属，金属磁控派射1';[(2511111)/^11(20011111)作为？面二次金属;对片子进行减薄至厚度为11011111，金属磁控派射11(5011111)/?1:(10011111)/^11(20011111)作为~面金属;对片子在415°C、N2氛围中合金50s。
[0009]进一步的，步骤(4)包括以下步骤:将芯片解离成腔长1200um的bar条，采用电子束分别在芯片出光端面和背光端面蒸镀S1高透膜和Al203/Si高反膜，高透膜和高反膜的反射率分别为〈1%和90%。
[0010]本发明通过优化应变补偿量子阱，使得量子阱中轻、重空穴子能带的位置发生变化，提高大电流注入下载流子在阱内分布的均匀性；同时采用优化的量子阱层数进一步改善载流子的分布，实现了长腔长的结构，便于芯片输出功率的提高。同时增加外延结构分别限制层的厚度来提高光场的纵向限制，降低垂直发散角；并且在靠近分别限制层区域采用较低的掺杂，进一步降低光损耗提高输出功率。最后在脊波导结构上进一步优化，采用倾斜锥形出光结构，进一步降低光场的水平发散角。本发明制备的芯片输出功率高、发散角低，能实现高的光纤親合输出。
【附图说明】
[0011 ]图1是本发明的外延片结构图。
[0012]图2是本发明SLD芯片的结构。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
[0014]本发明提供一种超辐射发光二极管的制备方法，包括以下步骤:(I)采用MOCVD在InP衬底上外延生长形成优化的外延片；(2)在外延片表面沉积200nm的Si02介质层，对其进行光刻、湿法腐蚀形成特定的脊波导结构；(3)对形成脊波导结构的片子去除表面介质;再生长钝化层;对片子进行光刻、金属溅射、减薄及金属溅射，从而实现片子P型接触电极制备、减薄及N型接触电极制备;并对片子进行合金形成芯片；(4)将芯片解离成bar条，对其出光和背光面蒸镀高透和高反膜。
[0015]进一步的，步骤(I)包括以下具体步骤:采用MOCVD外延生长方法依次在InP衬底上生长
掺杂浓度8 X 117的100nm N-1nP缓冲层、200nm InGaAsP下分别限制层、含三层InGaAsP量子阱的有源区，量子阱发光波长为1540-1560nm、200nm InGaAsP上分别限制层、掺杂浓度I X 117的10nm P-1nP空间层、掺杂浓度2 X 117的25nm P-1nGaAsP腐蚀停止层、掺杂浓度3\1017的150011111 P-1nP覆盖层、掺杂浓度2 X 119的250nm P+-1nGaAs接触层。
[0016]图1是本发明的外延片结构图，图中I为InP衬底层，2为掺杂浓度8X 117的100nmN-1nP缓冲层，3为200nm无掺杂InGaAsP下分别限制层，4为含三层InGaAsP量子阱的有源区，其量子阱发光波长为1540-1560nm，5为200nm无掺杂InGaAsP上分别限制层，6为掺杂浓度IX 117的10nm P-1nP空间层、7为掺杂浓度2 X 117的25nm P-1nGaAsP腐蚀停止层、8为掺杂浓度3\1017的150011111 P-1nP覆盖层、9为掺杂浓度2 X 119的250nm P+-1nGaAs接触层。
[0017]进一步的，步骤(2)包括以下具体步骤:光刻形成特定形状的脊波导结构，采用H3P04:HC1=3:1溶液对片子进行脊型控制腐蚀，腐蚀掉曝光区域图1所示的8和9层，形成脊结构，腐蚀时间4min;所述脊波导结构包括锥形波导结构和直波导结构;其中锥形波导结构锥形张角为1.5°，沿腔长方向长度为600um，逐渐过渡到宽度为2um的直波导结构，直波导结构脊宽2um，直波导结构沿腔长方向长度600um，直波导结构与芯片端面法向夹角为3°。
[0018]图2是本发明SLD芯片的结构，芯片腔长为1200μπι，宽为250μπι。图中10为出光端面，11为背光端面，12为锥形波导结构(锥形张角为1.5°，沿腔长方向长度为600um，逐渐过渡到宽度为2um的直波导结构)，13为脊宽2um的直波导结构(沿腔长方向长度600um，直波导结构与芯片端面法向夹角为3° )。通过采用倾斜波导来优化光谱波纹，降低镀膜要求；同时采用锥形波导结构出光降低水平发散角。
[0019]进一步的，步骤(3)包括以下步骤:生长S12钝化层后采用金属磁控溅射Ti(40nm)/Pt( 100nm)/Au(60nm)作为 P 面一次金属，金属磁控派射 Ti (25nm)/Au(200nm)作为 P面二次金属；对片子进行减薄至厚度为I 1um，金属磁控派射Ti (50nm)/Pt (10nm)/Au(200nm)作为N面金属;对片子在415°C、N2氛围中合金50s。
[0020]进一步的，步骤(4)包括以下步骤:将芯片解离成腔长1200um的bar条，采用电子束分别在芯片出光端面和背光端面蒸镀S1高透膜和Al203/Si高反膜，高透膜和高反膜的反射率分别为〈1%和90%。
[0021]本发明采用优化的外延结构和掺杂分布来制备SLD芯片，该方法制备的芯片，输出功率高、耦合效率高，能有效提高器件出纤功率。
[0022]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1.一种超辐射发光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)采用MOCVD在InP衬底上外延生长形成优化的外延片； (2)在外延片表面沉积200nm的S12介质层，对其进行光刻、湿法腐蚀形成特定的脊波导结构； (3)对形成脊波导结构的片子去除表面介质;再生长钝化层;对片子进行光刻、金属溅射、减薄及金属溅射，从而实现片子P型接触电极制备、减薄及N型接触电极制备;并对片子进行合金形成芯片； (4)将芯片解离成bar条，对其出光和背光面蒸镀高透和高反膜。2.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管的制备方法，其特征在于:步骤(I)包括以下具体步骤:采用MOCVD外延生长方法依次在InP衬底上生长掺杂浓度8 X 117的100nm N-1nP缓冲层、200nm InGaAsP下分别限制层、含三层InGaAsP量子阱的有源区，量子阱发光波长为1540-1560nm、200nm InGaAsP上分别限制层、掺杂浓度I X 117的10nm P-1nP空间层、掺杂浓度2\1017的2511111 P-1nGaAsP腐蚀停止层、掺杂浓度3 X 117的1500nm P-1nP覆盖层、掺杂浓度2\1019的25011111 P+-1nGaAs接触层。3.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管的制备方法，其特征在于:步骤(2)包括以下具体步骤:光刻形成特定形状的脊波导结构，采用H3P04:HC1=3:1溶液对片子进行脊型控制腐蚀，腐蚀时间4min;所述脊波导结构包括锥形波导结构和直波导结构;其中锥形波导结构锥形张角为1.5°，沿腔长方向长度为600um，逐渐过渡到宽度为2um的直波导结构，直波导结构脊宽2um，直波导结构沿腔长方向长度600um，直波导结构与芯片端面法向夹角为3°。4.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管的制备方法，其特征在于:步骤(3)包括以下步骤:生长300nm 3;102钝化层后进行光刻，再采用金属磁控派射1';[(4011111)/?1:(10011111)/八11(60]1111)作为?面一次金属，金属磁控派射1';[(2511111)/^11(20011111)作为?面二次金属;对片子进行减薄至厚度为11011111，金属磁控派射11(5011111)/?1:(10011111)/^11(20011111)作为1'1面金属;对片子在415°C、N2氛围中合金50s。5.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管的制备方法，其特征在于:步骤(4)包括以下步骤:将芯片解离成腔长1200um的bar条，采用电子束分别在芯片出光端面和背光端面蒸镀S1高透膜和Al203/Si高反膜，高透膜和高反膜的反射率分别为〈1%和90%。
【专利摘要】本发明涉及一种超辐射发光二极管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）采用MOCVD在InP衬底上外延生长形成优化的外延片；（2）在外延片表面沉积200nm的SiO2介质层，对其进行光刻、湿法腐蚀形成特定的脊波导结构；（3）对形成脊波导结构的片子去除表面介质；再生长钝化层；对片子进行光刻、金属溅射、减薄及金属溅射，从而实现片子P型接触电极制备、减薄及N型接触电极制备；并对片子进行合金形成芯片；（4）将芯片解离成bar条，对其出光和背光面蒸镀高透和高反膜。本发明采用优化的外延结构和掺杂分布来制备SLD芯片，该方法制备的芯片，输出功率高、耦合效率高，能有效提高器件出纤功率。
【IPC分类】H01L33/00, H01L33/46, H01L33/22, H01L33/02, H01L33/08
【公开号】CN105590997
【申请号】CN201610172794
【发明人】苏辉, 薛正群
【申请人】福建中科光芯光电科技有限公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年3月24日