CN105590997A - 一种超辐射发光二极管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
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1550nmSLD芯片的制备方法。
背景技术
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。
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。
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1mm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
本发明的目的是提供一种超辐射发光二极管的制备方法。
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：（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。
进一步的，步骤（1）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8×1017的1000nmN-InP缓冲层、200nmInGaAsP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、200nmInGaAsP上分别限制层、掺杂浓度1×1017的100nmP-InP空间层、掺杂浓度2×1017的25nmP-InGaAsP腐蚀停止层、掺杂浓度3×1017的1500nmP-InP覆盖层、掺杂浓度2×1019的250nmP+-InGaAs接触层。
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H3PO4:HCl=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SiO2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，金属磁控溅射Ti(25nm)/Au(200nm)作为P面二次金属；对片子进行减薄至厚度为110um，金属磁控溅射Ti(50nm)/Pt(100nm)/Au(200nm)作为N面金属；对片子在415℃、N2氛围中合金50s。
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SiO高透膜和Al2O3/Si高反膜，高透膜和高反膜的反射率分别为<1%和90%。
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，能实现高的光纤耦合输出。
附图说明
图1是本发明的外延片结构图。
图2是本发明SLD芯片的结构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
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：（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。
进一步的，步骤（1）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8×1017的1000nmN-InP缓冲层、200nmInGaAsP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、200nmInGaAsP上分别限制层、掺杂浓度1×1017的100nmP-InP空间层、掺杂浓度2×1017的25nmP-InGaAsP腐蚀停止层、掺杂浓度3×1017的1500nmP-InP覆盖层、掺杂浓度2×1019的250nmP+-InGaAs接触层。
图1是本发明的外延片结构图，图中1为InP衬底层，2为掺杂浓度8×1017的1000nmN-InP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1×1017的100nmP-InP空间层、7为掺杂浓度2×1017的25nmP-InGaAsP腐蚀停止层、8为掺杂浓度3×1017的1500nmP-InP覆盖层、9为掺杂浓度2×1019的250nmP+-InGaAs接触层。
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H3PO4:HCl=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°。
图2是本发明SLD芯片的结构，芯片腔长为1200μm，宽为250μm。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。
进一步的，步骤（3）包括以下步骤：生长SiO2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，金属磁控溅射Ti(25nm)/Au(200nm)作为P面二次金属；对片子进行减薄至厚度为110um，金属磁控溅射Ti(50nm)/Pt(100nm)/Au(200nm)作为N面金属；对片子在415℃、N2氛围中合金50s。
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SiO高透膜和Al2O3/Si高反膜，高透膜和高反膜的反射率分别为<1%和90%。
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。
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。
Claims (5)
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。
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（1）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8×1017的1000nmN-InP缓冲层、200nmInGaAsP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、200nmInGaAsP上分别限制层、掺杂浓度1×1017的100nmP-InP空间层、掺杂浓度2×1017的25nmP-InGaAsP腐蚀停止层、掺杂浓度3×1017的1500nmP-InP覆盖层、掺杂浓度2×1019的250nmP+-InGaAs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H3PO4:HCl=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300nmSiO2钝化层后进行光刻，再采用金属磁控溅射Ti(40nm)/Pt(100nm)/Au(60nm)作为P面一次金属，金属磁控溅射Ti(25nm)/Au(200nm)作为P面二次金属；对片子进行减薄至厚度为110um，金属磁控溅射Ti(50nm)/Pt(100nm)/Au(200nm)作为N面金属；对片子在415℃、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SiO高透膜和Al2O3/Si高反膜，高透膜和高反膜的反射率分别为<1%和90%。
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