CN101197407A - 超辐射发光二极管 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种超辐射发光二极管，是由衬底、下包层、下分别限制层、有源区、上分别限制层、上包层、光限制层和欧姆接触层依次构成材料生长部分，在欧姆接触层上通过介质绝缘层形成有P型电极层，在衬底的下面形成有N型电极层，所述的位于下分别限制层和上分别限制层之间的有源区采用体材料结构，且有源区的发光波长范围是0.85μm到1.7μm。本发明结合材料有源区设计和波导结构完成低偏振度设计，具有工艺简单、可靠性高的特点。可应用于0.85μm到1.7μm波段；本发明用脊形波导结构减小串连电阻，提高注入效率，从而提高器件特性；本发明采用倾斜波导，弯曲波导结构后，高增透膜要求可以降低1到2个数量级，有利于实现低纹波系数指标的超辐射发光二极管。

Description

超辐射发光二极管

技术领域

本发明涉及一种超辐射发光二极管。特别是涉及一种能够提高偏振特性，从而提高器件特性，有利于实现低纹波系数指标的低偏振超辐射发光二极管。

背景技术

超辐射发光二极管(SLD)相对于激光器谱宽范围宽，相对于发光二极管(LED)输出功率大。通常从偏振角度上超辐射发光二极管可以粗略分为高偏振超辐射发光二极和低偏振超辐射发光二极管两种，其中低偏振超辐射发光二极是最近十几年发展起来的一种新型光电器件，是比普通超辐射发光二极管难度更大、工艺更复杂的光电器件，主要应用于传感领域。

超辐射发光二极管目前主要应用在光纤传感上，是影响系统精度的最重要因素之一，也是系统中不可替代的核心部分，可用于通信测试仪表和光相干层析系统等领域。

超辐射发光二极管光发射是一种放大的自发辐射，光在波导中传播时获得光增益，是一种具有单程光增益的半导体光放大器件，辐射出的光为短相干长度光。SLD具有较宽的光谱，光谱调制度一般小，光输出功率可以与普通LD相比，而远大于LED；光束发散角也与LD相近而窄于LED，易于与单模光纤耦合，单模尾纤输出功率可达毫瓦(mW)量级。

超辐射发光二极管(SLD)，通常RWG结构为台形脊波导，结构简单，容易制作，工艺步骤少。

目前低偏振SLD所采用的是量子阱结构，要想实现此类器件低偏振度，很难在技术上取得突破，尤其是在可靠性问题上难以得到解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高偏振特性，从而提高器件特性，有利于实现低纹波系数指标的低偏振超辐射发光二极管。

本发明所采用的技术方案是：一种超辐射发光二极管，是由衬底、下包层、下分别限制层、有源区、上分别限制层、上包层、光限制层和欧姆接触层依次构成材料生长部分，在欧姆接触层上通过介质绝缘层形成有P型电极层，在衬底的下面形成有N型电极层，所述的位于下分别限制层和上分别限制层之间的有源区采用体材料结构，且有源区的发光波长范围是0.85μm到1.7μm。

所述的依次构成的欧姆接触层、介质绝缘层和P型电极层均采用倒台形脊波导结构。

所述的依次形成的欧姆接触层和介质绝缘层采用倒台形脊波导结构，在倒台形脊波导两侧的凹陷处采用空气或者BCB化合聚合物填充形成平面，所述的平面上形成有P型电极层。

所述的低偏振超辐射发光二极管的波导方向与低偏振超辐射发光二极管的出光端面法线的夹角θ为7-15°

两侧的出光端面镀10^-4反射率的高增透多层光学介质膜(13)。

本发明所采用的另一技术方案是：一种超辐射发光二极管，是由衬底、下包层、有源区、上包层、光限制层和欧姆接触层依次构成材料生长部分，在欧姆接触层上通过介质绝缘层形成有P型电极层，在衬底的下面形成有N型电极层，所述的位于下分别限制层和上分别限制层之间的有源区采用体材料结构，且有源区的发光波长范围是0.85μm到1.7μm。

所述的依次构成的欧姆接触层、介质绝缘层和P型电极层均采用倒台形脊波导结构。

所述的依次形成的欧姆接触层和介质绝缘层采用倒台形脊波导结构，在倒台形脊波导两侧的凹陷处采用空气或者BCB化合聚合物填充形成平面，所述的平面上形成有P型电极层。

所述的低偏振超辐射发光二极管的波导方向与低偏振超辐射发光二极管的出光端面法线的夹角θ为7-15°

两侧的出光端面镀10^-4反射率的高增透多层光学介质膜。

本发明的低偏振超辐射发光二极管，结合材料有源区设计和波导结构完成低偏振度设计，具有工艺简单、可靠性高的特点。本发明可应用于0.85μm到1.7μm波段；本发明用脊形波导(RWG)结构减小串连电阻，提高注入效率，从而提高器件特性；本发明采用倾斜波导，弯曲波导结构后，高增透膜要求可以降低1到2个数量级，有利于实现低纹波系数指标的超辐射发光二极管。

附图说明

图1是本发明的材料生长结构图；

图2a是本发明采用简单脊波导结构的超辐射发光二极管横截面结构示意图；

图2b是本发明采用平面化脊波导结构的超辐射发光二极管横截面结构示意图；

图3是本发明脊波导超辐射发光二极管的俯视图，其中：

图3a是倾斜条形结构；图3b是弯曲波导结构；

图4a是本发明的双端面光增透膜结构的光反馈消除结构；

图4b是本发明的双端面光增透膜结构结合吸收区域结构的光反馈消除结构。

其中：

1：衬底            2：下包层

3：下分别限制层    4：有源区

5：上分别限制层    6：上包层

7：光限制层      8：欧姆接触层

9：介质绝缘层    10：N型电极层

11：P型电极层    12：聚合物

13：高增透多层光学介质膜层

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的超辐射发光二极管做出详细说明。

超辐射发光二极管器件的基本背景原理如下：从波长上区分，0.85微米(μm)附近的SLD采用铝镓砷/镓砷(AlGaAs/GaAs)材料体系，1.3μm和1.55μm采用铟镓砷磷/铟磷(InGaAsP/InP)或者铝镓铟砷/铟磷(AlGaInAs/InP)材料体系。器件的基本工作原理如下：电流注入条件下，p层空穴和n层电子在发光层复合发光；依据发光层材料厚度不同可以将器件分为体材料和量子阱SLD，波导结构采用双沟平面掩埋(DC-PBH)或脊形波导(RWG)结构；在普通条形波导结构基础上蒸发透膜方法形成了SLD，其特点是工艺简单，缺点是对增透膜要求很高。这种结构即使在两个端面都镀上增透膜(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腔模将引起较强的光谱调制，因此，要另外采用吸收区结构减少光反射。具体原理是与出光方向反向传播的光将在吸收区被吸收，而有源区与出光方向同向传播的光将透射出器件，不会在器件两端面间的反射，在管芯结构制作上，同时采用倾斜、弯曲波导，吸收、窗口区等结构。

如图1所示，本发明的超辐射发光二极管，是由衬底1、下包层2、下分别限制层3、有源区4、上分别限制层5、上包层6、光限制层7和欧姆接触层8依次构成材料生长部分，在欧姆接触层8上通过介质绝缘层9形成有P型电极层11，在衬底1的下面形成有N型电极层10，所述的位于下分别限制层3和上分别限制层5间的有源区4采用体材料结构，且有源区4的发光波长范围是0.85μm到1.7μm，而分别限制层为台阶结构或缓变分别限制结构(GRIN-SCH)。

图2a是本发明采用简单脊波导结构的超辐射发光二极管横截面结构示意图，其中1为N型衬底，2为N型下包层，3为下分别限制层，4为有源区，5上分别限制层，6为P型上包层，7为光限制层，8为欧姆接触层，9为介质绝缘层，10为N型电极层，11为P型电极层。

本发明中提出采用接触面积宽的倒角大的倒台形脊波导结构，倒台形脊波导结构的宽接触面积在减小器件的串联电阻同时还可以提高载流子的注入效率，从而可以提高SLD器件的功率输出。在制作出倒台形脊波导后再用聚合物做平面掩埋来最终获得平面电极，这样可以保证器件电极的长期可靠性。

如图2a所示，所述的依次构成的欧姆接触层8、介质绝缘层9和P型电极层11均采用倒台形脊波导结构。

图2b是本发明采用平面化脊波导结构的超辐射发光二极管横截面结构示意图，其中1为N型衬底，2为N型下包层，3为下分别限制层，4为有源区，5上分别限制层，6为P型上包层，7为光限制层，8为欧姆接触层，9为介质绝缘层，10为N型电极层，11为P型电极层，12为聚合物。

如图2b所示，所述的依次形成的欧姆接触层8和介质绝缘层9采用倒台形脊波导结构，在倒台形脊波导两侧的凹陷处采用空气或者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型电极层11。

所述的两侧的出光端面镀10^-4反射率的高增透多层光学介质膜13。

图3a是倾斜条形结构，其中13为高增透多层光学介质膜层。其中θ为超辐射发光二极管的波导方向与超辐射发光二极管(SLD)的出光端面法线的夹角，为7-15°。

图3b是弯曲波导结构，其中13为高增透多层光学介质膜层。其中θ为超辐射发光二极管的波导方向与超辐射发光二极管(SLD)的出光端面法线的夹角，为7-15°，出光面可以为任意面。

为了有效降低FP模式，消除光谱纹波(ripple)，在本发明中可采用倾斜或弯曲波导结合端面、镀制高增透膜结构、吸收区或者将三者组合等方式，有利于实现低ripple指标的超辐射发光二极管(SLD)。

另外，本发明中提出还可以通过去掉下分别限制层3、上分别限制层5来提高器件的饱和出光功率。

图4a是双端面光增透膜结构，图4b是双端面光增透膜结构结合吸收区域结构，其中阴影区域为吸收区。

本发明所涉及的超辐射发光二极管的具体制作步骤具体如下：

a)首先在1N型衬底1外延生长2 N型下包层2、下分别限制层3，有源区4、上分别限制层5，6P型上包层6，光限制层7，欧姆接触层8，结构如图1所示；

b)在外延生长后的基片上用光刻胶做掩模，用腐蚀液腐蚀出倒台形脊波导；

c)生长介质绝缘层，随后用自对准工艺腐蚀出电极窗口；

d)若采用平面结构，用聚合物做平面掩埋，在芯片减薄到100微米左右后在p面溅射11P型电极层，在n面溅射10N型电极层；

e)在出光面两端镀10^-4反射率的高增透多层光学介质膜13。

Claims (10)

1.一种超辐射发光二极管，是由衬底(1)、下包层(2)、下分别限制层(3)、有源区(4)、上分别限制层(5)、上包层(6)、光限制层(7)和欧姆接触层(8)依次构成材料生长部分，在欧姆接触层(8)上通过介质绝缘层(9)形成有P型电极层(11)，在衬底(1)的下面形成有N型电极层(10)，其特征在于，所述的位于下分别限制层(3)和上分别限制层(5)之间的有源区(4)采用体材料结构，且有源区(4)的发光波长范围是0.85μm到1.7μm。

2.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述的依次构成的欧姆接触层(8)、介质绝缘层(9)和P型电极层(11)均采用倒台形脊波导结构。

3.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述的依次形成的欧姆接触层(8)和介质绝缘层(9)采用倒台形脊波导结构，在倒台形脊波导两侧的凹陷处采用空气或者BCB化合聚合物填充形成平面，所述的平面上形成有P型电极层(11)。

4.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述的低偏振超辐射发光二极管的波导方向与低偏振超辐射发光二极管的出光端面法线的夹角θ为7-15°

5.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管，其特征在于，两侧的出光端面镀10^-4反射率的高增透多层光学介质膜(13)。

6.一种超辐射发光二极管，是由衬底(1)、下包层(2)、有源区(4)、上包层(6)、光限制层(7)和欧姆接触层(8)依次构成材料生长部分，在欧姆接触层(8)上通过介质绝缘层(9)形成有P型电极层(11)，在衬底(1)的下面形成有N型电极层(10)，其特征在于，所述的位于下分别限制层(3)和上分别限制层(5)之间的有源区(4)采用体材料结构，且有源区(4)的发光波长范围是0.85μm到1.7μm。

7.根据权利要求6所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述的依次构成的欧姆接触层(8)、介质绝缘层(9)和P型电极层(11)均采用倒台形脊波导结构。

8.根据权利要求6所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述的依次形成的欧姆接触层(8)和介质绝缘层(9)采用倒台形脊波导结构，在倒台形脊波导两侧的凹陷处采用空气或者BCB化合聚合物填充形成平面，所述的平面上形成有P型电极层(11)。

9.根据权利要求6所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述的低偏振超辐射发光二极管的波导方向与低偏振超辐射发光二极管的出光端面法线的夹角θ为7-15°

10.根据权利要求6所述的超辐射发光二极管，其特征在于，两侧的出光端面镀10^-4反射率的高增透多层光学介质膜(13)。

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