一種超輻射發光二極管的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種超輻射發光二極管芯片的制備方法，尤其是一種高輸出功率、低發散角1550nm SLD芯片的制備方法。
【背景技術】
[0002]超輻射發光二極管，具有寬光譜、弱時間相干性、高輸出功率、高效率的特性，其具有比LD更寬的發光光譜和更短的相干長度，同時比LED具有更高的輸出功率，其主要優點是寬光譜、相對較大的輸出功率;被廣泛應用在光纖陀螺、光纖傳感、光學相干層析等領域。
[0003]對于SLD器件來說，高的光纖輸出功率，能保證在高速旋轉的情況下，光纖陀螺儀的高精度和高敏感性；同時，高的光纖輸出功率能提高光學相干層析的軸向分辨率。因此提高SLD的出纖功率具有重要意義，常規的SLD器件由于芯片自身輸出功率相對偏低，同時發散角大，光纖耦合效率低，使得光纖耦合輸出功率很難提高。
[0004]對于芯片而言，通過提高芯片腔長是增加出光功率的一個直接方法，然而當腔長增加到Imm以上時，大電流注入容易使得載流子縱向分布不均，導致空間燒孔，引起增益飽和，使得輸出功率過早飽和。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種超輻射發光二極管的制備方法。
[0006]本發明采用以下技術方案實現:一種超輻射發光二極管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:(I)采用MOCVD在InP襯底上外延生長形成優化的外延片；(2)在外延片表面沉積200nm的S12介質層，對其進行光刻、濕法腐蝕形成特定的脊波導結構；(3)對形成脊波導結構的片子去除表面介質;再生長鈍化層;對片子進行光刻、金屬濺射、減薄及金屬濺射，從而實現片子P型接觸電極制備、減薄及N型接觸電極制備；并對片子進行合金形成芯片；
(4)將芯片解離成bar條，對其出光和背光面蒸鍍高透和高反膜。
[0007]進一步的，步驟(I)包括以下具體步驟:采用MOCVD外延生長方法依次在InP襯底上生長摻雜濃度8 X 117的100nm N-1nP緩沖層、200nm InGaAsP下分別限制層、含三層InGaAsP量子阱的有源區，量子阱發光波長為1540-1560nm、200nm InGaAsP上分別限制層、摻雜濃度I X 117的10nm P-1nP空間層、摻雜濃度2 X 117的25nm P-1nGaAsP腐蝕停止層、摻雜濃度3\1017的150011111 P-1nP覆蓋層、摻雜濃度2 X 119的250nm P+-1nGaAs接觸層。
[0008]進一步的，步驟(2)包括以下具體步驟:光刻形成特定形狀的脊波導結構，采用H3P04:HC1=3:1溶液對片子進行脊型控制腐蝕，腐蝕時間4min;所述脊波導結構包括錐形波導結構和直波導結構；其中錐形波導結構錐形張角為1.5°，沿腔長方向長度為600um，逐漸過渡到寬度為2um的直波導結構，直波導結構脊寬2um，直波導結構沿腔長方向長度600um，直波導結構結構與芯片端面法向夾角為3°
進一步的，步驟(3)包括以下步驟:生長S12鈍化層后采用金屬磁控濺射Ti(40nm)/Pt(100]1111)/^11(6011111)作為？面一次金屬，金屬磁控派射1';[(2511111)/^11(20011111)作為？面二次金屬;對片子進行減薄至厚度為11011111，金屬磁控派射11(5011111)/?1:(10011111)/^11(20011111)作為~面金屬;對片子在415°C、N2氛圍中合金50s。
[0009]進一步的，步驟(4)包括以下步驟:將芯片解離成腔長1200um的bar條，采用電子束分別在芯片出光端面和背光端面蒸鍍S1高透膜和Al203/Si高反膜，高透膜和高反膜的反射率分別為〈1%和90%。
[0010]本發明通過優化應變補償量子阱，使得量子阱中輕、重空穴子能帶的位置發生變化，提高大電流注入下載流子在阱內分布的均勻性；同時采用優化的量子阱層數進一步改善載流子的分布，實現了長腔長的結構，便于芯片輸出功率的提高。同時增加外延結構分別限制層的厚度來提高光場的縱向限制，降低垂直發散角；并且在靠近分別限制層區域采用較低的摻雜，進一步降低光損耗提高輸出功率。最后在脊波導結構上進一步優化，采用傾斜錐形出光結構，進一步降低光場的水平發散角。本發明制備的芯片輸出功率高、發散角低，能實現高的光纖親合輸出。
【附圖說明】
[0011 ]圖1是本發明的外延片結構圖。
[0012]圖2是本發明SLD芯片的結構。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步說明。
[0014]本發明提供一種超輻射發光二極管的制備方法，包括以下步驟:(I)采用MOCVD在InP襯底上外延生長形成優化的外延片；(2)在外延片表面沉積200nm的Si02介質層，對其進行光刻、濕法腐蝕形成特定的脊波導結構；(3)對形成脊波導結構的片子去除表面介質;再生長鈍化層;對片子進行光刻、金屬濺射、減薄及金屬濺射，從而實現片子P型接觸電極制備、減薄及N型接觸電極制備;并對片子進行合金形成芯片；(4)將芯片解離成bar條，對其出光和背光面蒸鍍高透和高反膜。
[0015]進一步的，步驟(I)包括以下具體步驟:采用MOCVD外延生長方法依次在InP襯底上生長
摻雜濃度8 X 117的100nm N-1nP緩沖層、200nm InGaAsP下分別限制層、含三層InGaAsP量子阱的有源區，量子阱發光波長為1540-1560nm、200nm InGaAsP上分別限制層、摻雜濃度I X 117的10nm P-1nP空間層、摻雜濃度2 X 117的25nm P-1nGaAsP腐蝕停止層、摻雜濃度3\1017的150011111 P-1nP覆蓋層、摻雜濃度2 X 119的250nm P+-1nGaAs接觸層。
[0016]圖1是本發明的外延片結構圖，圖中I為InP襯底層，2為摻雜濃度8X 117的100nmN-1nP緩沖層，3為200nm無摻雜InGaAsP下分別限制層，4為含三層InGaAsP量子阱的有源區，其量子阱發光波長為1540-1560nm，5為200nm無摻雜InGaAsP上分別限制層，6為摻雜濃度IX 117的10nm P-1nP空間層、7為摻雜濃度2 X 117的25nm P-1nGaAsP腐蝕停止層、8為摻雜濃度3\1017的150011111 P-1nP覆蓋層、9為摻雜濃度2 X 119的250nm P+-1nGaAs接觸層。
[0017]進一步的，步驟(2)包括以下具體步驟:光刻形成特定形狀的脊波導結構，采用H3P04:HC1=3:1溶液對片子進行脊型控制腐蝕，腐蝕掉曝光區域圖1所示的8和9層，形成脊結構，腐蝕時間4min;所述脊波導結構包括錐形波導結構和直波導結構;其中錐形波導結構錐形張角為1.5°，沿腔長方向長度為600um，逐漸過渡到寬度為2um的直波導結構，直波導結構脊寬2um，直波導結構沿腔長方向長度600um，直波導結構與芯片端面法向夾角為3°。
[0018]圖2是本發明SLD芯片的結構，芯片腔長為1200μπι，寬為250μπι。圖中10為出光端面，11為背光端面，12為錐形波導結構(錐形張角為1.5°，沿腔長方向長度為600um，逐漸過渡到寬度為2um的直波導結構)，13為脊寬2um的直波導結構(沿腔長方向長度600um，直波導結構與芯片端面法向夾角為3° )。通過采用傾斜波導來優化光譜波紋，降低鍍膜要求；同時采用錐形波導結構出光降低水平發散角。
[0019]進一步的，步驟(3)包括以下步驟:生長S12鈍化層后采用金屬磁控濺射Ti(40nm)/Pt( 100nm)/Au(60nm)作為 P 面一次金屬，金屬磁控派射 Ti (25nm)/Au(200nm)作為 P面二次金屬；對片子進行減薄至厚度為I 1um，金屬磁控派射Ti (50nm)/Pt (10nm)/Au(200nm)作為N面金屬;對片子在415°C、N2氛圍中合金50s。
[0020]進一步的，步驟(4)包括以下步驟:將芯片解離成腔長1200um的bar條，采用電子束分別在芯片出光端面和背光端面蒸鍍S1高透膜和Al203/Si高反膜，高透膜和高反膜的反射率分別為〈1%和90%。
[0021]本發明采用優化的外延結構和摻雜分布來制備SLD芯片，該方法制備的芯片，輸出功率高、耦合效率高，能有效提高器件出纖功率。
[0022]以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋范圍。
【主權項】
1.一種超輻射發光二極管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)采用MOCVD在InP襯底上外延生長形成優化的外延片； (2)在外延片表面沉積200nm的S12介質層，對其進行光刻、濕法腐蝕形成特定的脊波導結構； (3)對形成脊波導結構的片子去除表面介質;再生長鈍化層;對片子進行光刻、金屬濺射、減薄及金屬濺射，從而實現片子P型接觸電極制備、減薄及N型接觸電極制備;并對片子進行合金形成芯片； (4)將芯片解離成bar條，對其出光和背光面蒸鍍高透和高反膜。2.根據權利要求1所述的超輻射發光二極管的制備方法，其特征在于:步驟(I)包括以下具體步驟:采用MOCVD外延生長方法依次在InP襯底上生長摻雜濃度8 X 117的100nm N-1nP緩沖層、200nm InGaAsP下分別限制層、含三層InGaAsP量子阱的有源區，量子阱發光波長為1540-1560nm、200nm InGaAsP上分別限制層、摻雜濃度I X 117的10nm P-1nP空間層、摻雜濃度2\1017的2511111 P-1nGaAsP腐蝕停止層、摻雜濃度3 X 117的1500nm P-1nP覆蓋層、摻雜濃度2\1019的25011111 P+-1nGaAs接觸層。3.根據權利要求1所述的超輻射發光二極管的制備方法，其特征在于:步驟(2)包括以下具體步驟:光刻形成特定形狀的脊波導結構，采用H3P04:HC1=3:1溶液對片子進行脊型控制腐蝕，腐蝕時間4min;所述脊波導結構包括錐形波導結構和直波導結構;其中錐形波導結構錐形張角為1.5°，沿腔長方向長度為600um，逐漸過渡到寬度為2um的直波導結構，直波導結構脊寬2um，直波導結構沿腔長方向長度600um，直波導結構與芯片端面法向夾角為3°。4.根據權利要求1所述的超輻射發光二極管的制備方法，其特征在于:步驟(3)包括以下步驟:生長300nm 3;102鈍化層后進行光刻，再采用金屬磁控派射1';[(4011111)/?1:(10011111)/八11(60]1111)作為?面一次金屬，金屬磁控派射1';[(2511111)/^11(20011111)作為?面二次金屬;對片子進行減薄至厚度為11011111，金屬磁控派射11(5011111)/?1:(10011111)/^11(20011111)作為1'1面金屬;對片子在415°C、N2氛圍中合金50s。5.根據權利要求1所述的超輻射發光二極管的制備方法，其特征在于:步驟(4)包括以下步驟:將芯片解離成腔長1200um的bar條，采用電子束分別在芯片出光端面和背光端面蒸鍍S1高透膜和Al203/Si高反膜，高透膜和高反膜的反射率分別為〈1%和90%。
【專利摘要】本發明涉及一種超輻射發光二極管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）采用MOCVD在InP襯底上外延生長形成優化的外延片；（2）在外延片表面沉積200nm的SiO2介質層，對其進行光刻、濕法腐蝕形成特定的脊波導結構；（3）對形成脊波導結構的片子去除表面介質；再生長鈍化層；對片子進行光刻、金屬濺射、減薄及金屬濺射，從而實現片子P型接觸電極制備、減薄及N型接觸電極制備；并對片子進行合金形成芯片；（4）將芯片解離成bar條，對其出光和背光面蒸鍍高透和高反膜。本發明采用優化的外延結構和摻雜分布來制備SLD芯片，該方法制備的芯片，輸出功率高、耦合效率高，能有效提高器件出纖功率。
【IPC分類】H01L33/00, H01L33/46, H01L33/22, H01L33/02, H01L33/08
【公開號】CN105590997
【申請號】CN201610172794
【發明人】蘇輝, 薛正群
【申請人】福建中科光芯光電科技有限公司
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2016年3月24日