CN109449258B - 超辐射发光二极管及光电器件 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种超辐射发光二极管及光电器件。所述超辐射发光二极管包括：所述超辐射发光二极管的有源区沿波导方向分为发光区和吸收区，所述吸收区的材料能带带隙小于所述发光区的材料能带带隙。本发明实施例的超辐射发光二极管，由于吸收区的材料能带带隙较小，因而可以采用较短的吸收区长度，有效地降低光谱纹波，提高外延片的芯片产出率，降低芯片成本。
Description
技术领域
本发明实施例涉及光电器件领域，尤其涉及一种超辐射发光二极管及光电器件。
背景技术
半导体超辐射发光二极管是一种自发辐射的单程光放大器件，其光学性能介于激光器和发光二极管之间。由于超辐射发光二极管具有宽光谱、短相干长度等特点，被广泛用于光纤陀螺、光时域反射仪及中短距离光纤通信等领域。
光谱纹波是超辐射发光二极管的一个重要参数，它是由芯片端面反射以及光纤端面反射造成的。在光纤陀螺系统中，光谱纹波会产生二次相干峰，影响光纤陀螺的精度，因此要求超辐射发光二极管具有低的光谱纹波。
为了获得低的光谱纹波，通常有如下几种方法：第一种是在芯片的端面镀增透膜，要求介质膜的反射率低于0.01％，要实现这种超低反射率的介质膜制作难度很大，工艺重复性也很难保证，通常会结合其它方法一起实施。第二种降低光谱纹波的方法是采用倾斜的波导结构，倾斜的波导结构可以降低端面的光反射回波导内，抑制光在波导内的振荡，但采用倾斜的波导结构，增加了光纤耦合的难度。第三种降低光谱纹波的方法，就是在发光区的另一侧增加一段吸收区。现有的超辐射发光二极管中，吸收区与发光区都是采用相同的材料，在工艺制作中吸收区与发光区材料一起生长，波导的光刻和刻蚀也一次制作完成。在超辐射发光二极管工作时，只在发光区注入电流，而吸收区不加电。这样反向传输的光在吸收区内慢慢消耗掉，达到抑制光反馈的目的；然而现有通过采用吸收区降低超辐射发光二极管光谱纹波的方法存在一定的局限性，由于吸收区的材料与发光区的材料是相同的，具有相同的能带带隙，因而吸收区材料对反向传输的光基本上是透明的，因此反向传输的光需要经过较长的距离才能被吸收掉，从而需要设计制作较长的吸收区长度，这样会降低外延片的芯片产出率，增加芯片成本。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种超辐射发光二极管。
第一方面，本发明实施例提供一种超辐射发光二极管，包括：
所述超辐射发光二极管的有源区沿波导方向分为发光区和吸收区，所述吸收区的材料能带带隙小于所述发光区的材料能带带隙。
进一步，所述超辐射发光二极管采用InGaAsP/InP材料体系制作；
所述超辐射发光二极管的有源层的材料组分为Inx1Ga1-x1Asy1P1-y1，其中x1和y1的取值均大于或等于0而小于1，且所述发光区对应的有源层部分和吸收区对应的有源层部分的材料具有不同的x1和y1值，以使所述吸收区的材料能带带隙小于所述发光区的材料能带带隙。
进一步，所述超辐射发光二极管采用AlGaInAs/InP材料体系制作；
所述超辐射发光二极管的有源层的材料组分为Alx2Gay2In1-x2-y2As，其中x2和y2的取值均大于或等于0而小于1，且x2+y2值大于或等于0而小于1，且所述发光区对应的有源层部分和吸收区对应的有源层部分的材料具有不同的x2和y2值，以使所述吸收区的材料能带带隙小于所述发光区的材料能带带隙。
进一步，所述超辐射发光二极管采用AlGaInAs/GaAs材料体系制作；
所述超辐射发光二极管的有源层的材料组分为Alx3Gay3In1-x3-y3As，其中x3和y3的取值均大于或等于0而小于1，且x3+y3值大于或等于0而小于1，且所述发光区对应的有源层部分和吸收区对应的有源层部分的材料具有不同的x3和y3值，以使所述吸收区的材料能带带隙小于所述发光区的材料能带带隙。
进一步，发光区波导和吸收区波导处于同一平面，且与所述超辐射发光二极管的端面垂直。
进一步，发光区波导和吸收区波导处于同一平面，且与所述超辐射发光二极管的端面成第一预设角度。
进一步，发光区波导与所述超辐射发光二极管的端面成第二预设角度，所述吸收区波导与所述超辐射发光二极管的端面垂直。
进一步，所述超辐射发光二极管的下包层、下限制层、有源层、上限制层、上包层以及欧姆接触层中每一层的厚度均大于或等于0而小于100um。
进一步，所述吸收区的材料由选区外延生长工艺制作或者由对接生长工艺制作。
第二方面，本发明实施例提供一种光电器件，包括本发明实施例第一方面及其任一可选实施例所述的超辐射发光二极管。
本发明实施例提供的超辐射发光二极管及光电器件，其有源区沿波导方向分为发光区和吸收区，吸收区的材料能带带隙小于所述发光区的材料能带带隙，由于吸收区的材料能带带隙较小，因而可以采用较短的吸收区长度，有效地降低光谱纹波，提高外延片的芯片产出率，降低芯片成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图逐一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种超辐射发光二极管结构示意图；
图2为本发明实施例超辐射发光二极管的发光区和吸收区第一实施例俯视图；
图3为本发明实施例超辐射发光二极管的发光区和吸收区第二实施例俯视图；
图4为本发明实施例超辐射发光二极管的发光区和吸收区第三实施例俯视图。
附图标记说明
101、半导体衬底， 102、下包层， 103、下限制层，
104、有源层， 105、上限制层， 106、上包层，
107、欧姆接触层， 201、第一凹槽， 202、第二凹槽，
203、发光区， 204、吸收区， 205，端面。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例一种超辐射发光二极管，包括：
所述超辐射发光二极管的有源区沿波导方向分为发光区203和吸收区204，所述吸收区204的材料能带带隙小于所述发光区203的材料能带带隙。
请参考图1，图1的实施例中，在半导体衬底101上依次外延生长多层异质结构组成超辐射发光二极管，顺次包括下包层102、下限制层103、有源层104、上限制层105、上包层106以及欧姆接触层107；所述上包层106及欧姆接触层107沿波导方向具有第一凹槽201和第二凹槽202，所述第一凹槽201和第二凹槽202之间为脊型波导；其中，有源区沿脊型波导方向分为两段，前端为发光区203，后端为吸收区204，其中吸收区的材料不同于发光区，吸收区的材料能带带隙小于发光区的材料能带带隙；具体的，吸收区的材料是指吸收区下方对应的有源层104的材料，发光区的材料是指发光区下方对应的有源层104的材料。由于位于发光区下方的有源层部分和位于吸收区下方的有源层部分的材料组分不同，从而导致发光区和吸收区的材料能带带隙不同。
进一步的，所述发光区203还制作有上金属电极和下金属电极，即在发光区制作上金属电极，并制作下金属电极，即可获得具有低光谱纹波的超辐射发光二极管。
需要说明的是，所述吸收区的材料可以由选区外延生长工艺制作，也可以由对接生长工艺制作，吸收区的带隙小于发光区的带隙。
具体的，所述超辐射发光二极管的下包层、下限制层、有源层、上限制层、上包层以及欧姆接触层中每一层的厚度均大于或等于0而小于100um。
本发明实施例提供的超辐射发光二极管，其有源区沿波导方向分为发光区和吸收区，吸收区的材料能带带隙小于所述发光区的材料能带带隙，由于吸收区的材料能带带隙较小，因而可以采用较短的吸收区长度，有效地降低光谱纹波，提高外延片的芯片产出率，降低芯片成本。
本发明实施例的超辐射发光二极管适用于所有具有双异质结结构的半导体超辐射发光二极管；同时适用于多种材料体系，如InGaAsP/InP系材料、AlGaInAs/InP系材料及AlGaInAs/GaAs等材料体系；同时适用于各种平面有源层掩埋异质结构，如腐蚀台面掩埋结构、双沟平面掩埋结构、条形掩埋异质结等；适用于各种非平面有源层掩埋异质结构，如V槽衬底或沟道衬底掩埋结构、台面衬底掩埋异质结构、掩埋新月型结构等。
具体的，适用不同材料时，吸收区和发光区的材料中的各组分占比不相同，通过不同的材料组分占比，可使吸收区和发光区具有不同的材料能带带隙，且吸收区的材料能带带隙小于发光区的材料能带带隙。
基于上述实施例，所述超辐射发光二极管采用InGaAsP/InP材料体系制作；
所述超辐射发光二极管的有源层的材料组分为Inx1Ga1-x1Asy1P1-y1，其中x1和y1的取值均大于或等于0而小于1，且所述发光区对应的有源层部分和吸收区对应的有源层部分的材料具有不同的x1和y1值，以使所述吸收区的材料能带带隙小于所述发光区的材料能带带隙。
本实施例中有源区为InGaAsP材料体系，发光区和吸收区的具有不同的材料组分占比，使得吸收区的材料能带带隙小于发光区的材料能带带隙，具体的数值大小可根据发光区和吸收区各自的设计能带带隙计算得到。
基于上述实施例，所述超辐射发光二极管采用AlGaInAs/InP材料体系制作；
所述超辐射发光二极管的有源层的材料组分为Alx2Gay2In1-x2-y2As，其中x2和y2的取值均大于或等于0而小于1，且x2+y2值大于或等于0而小于1，且所述发光区对应的有源层部分和吸收区对应的有源层部分的材料具有不同的x2和y2值，以使所述吸收区的材料能带带隙小于所述发光区的材料能带带隙。
本发明实施例中，所述发光区对应的有源层部分是指位于发光区下方的有源层部分，所述吸收区对应的有源层部分是指位于吸收区下方的有源层部分，此后不追赘述。
本实施例中有源区为AlGaInAsP材料体系，发光区和吸收区的具有不同的材料组分占比，使得吸收区的材料能带带隙小于发光区的材料能带带隙，具体的数值大小可根据发光区和吸收区各自的设计能带带隙计算得到。
基于上述实施例，所述超辐射发光二极管采用AlGaInAs/GaAs材料体系制作；
所述超辐射发光二极管的有源层的材料组分为Alx3Gay3In1-x3-y3As，其中x3和y3的取值均大于或等于0而小于1，且x3+y3值大于或等于0而小于1，且所述发光区对应的有源层部分和吸收区对应的有源层部分的材料具有不同的x3和y3值，以使所述吸收区的材料能带带隙小于所述发光区的材料能带带隙。
本实施例中有源区为AlGaInAs材料体系，发光区和吸收区的具有不同的材料组分占比，使得吸收区的材料能带带隙小于发光区的材料能带带隙，具体的数值大小可根据发光区和吸收区各自的设计能带带隙计算得到。
对于发光区和吸收区，本发明提供三种可选的实施例。
图2为本发明实施例超辐射发光二极管的发光区和吸收区第一实施例俯视图，基于上述各实施例，发光区波导和吸收区波导处于同一平面，且与所述超辐射发光二极管的端面205垂直。
图1中虚线框所在的面为超辐射发光二极管的端面205；请参考图2，本实施例中发光区波导和吸收区波导处于同一平面，且与超辐射发光二极管的端面205垂直，其好处是超辐射发光二极管容易与光纤进行耦合。
图3为本发明实施例超辐射发光二极管的发光区和吸收区第二实施例俯视图，基于上述各实施例，发光区波导和吸收区波导处于同一平面，且与所述超辐射发光二极管的端面205成第一预设角度。
请参考图3，本实施例中发光区波导和吸收区波导处于同一平面，且发光区和吸收区整体上与超辐射发光二极管的端面205成第一预设角度；其好处是倾斜的发光区波导和吸收区波导能降低端面反射率，有利于减小光谱纹波。
具体的，第一预设角度可根据制作工艺和应用需求而定，本发明实施例对此不作限定。具体的，第一预设角度a的可选范围为0<a<45度。
图4为本发明实施例超辐射发光二极管的发光区和吸收区第三实施例俯视图，基于上述各实施例，发光区波导与所述超辐射发光二极管成第二预设角度，所述吸收区波导与所述超辐射发光二极管的端面205垂直。
请参考图4，本实施例中发光区波导和吸收区波导不处于同一条直线上，发光区与所述超辐射发光二极管成第二预设角度，所述吸收区与所述超辐射发光二极管的端面205垂直；其好处是倾斜的发光区波导能降低端面反射率，有利于减小光谱纹波。
具体的，第二预设角度可根据制作工艺和应用需求而定，本发明实施例对此不作限定。具体的，第二预设角度b的可选范围为0<b<45度。
综上，本发明实施例超辐射发光二极管的有源区沿波导方向分为两段，前端为发光区，后端为吸收区，其中吸收区的材料不同于发光区的材料，吸收区的材料能带带隙小于发光区的材料能带带隙，因此可以采用较短的吸收区长度，有效地降低光谱纹波，提高外延片的芯片产出率，降低芯片成本。
本发明实施例提供一种光电器件，包括本发明实施例上述任一可选实施例所述的超辐射发光二极管。
需要强调的是，凡是采用两端有源区制作超辐射发光二极管，其中吸收区带隙小于发光区带隙，以实现降低超辐射发光二极管光谱纹波的作法，无论具体结构有什么区别，都属于本发明的保护范围。凡是包括该超辐射发光二极管的光电器件，都属于本发明的保护范围。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种超辐射发光二极管，其特征在于，包括：
所述超辐射发光二极管的有源区沿波导方向分为发光区和吸收区，所述吸收区的材料能带带隙小于所述发光区的材料能带带隙，所述吸收区的材料是指所述吸收区下方对应的有源层的材料，所述发光区的材料是指所述发光区下方对应的有源层的材料。
2.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述超辐射发光二极管采用InGaAsP/InP材料体系制作；
所述超辐射发光二极管的有源层的材料组分为Inx1Ga1-x1Asy1P1-y1，其中x1和y1的取值均大于或等于0而小于1，且发光区对应的有源层部分和吸收区对应的有源层部分的材料具有不同的x1和y1值，以使所述吸收区的材料能带带隙小于所述发光区的材料能带带隙。
3.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述超辐射发光二极管采用AlGaInAs/InP材料体系制作；
所述超辐射发光二极管的有源层的材料组分为Alx2Gay2In1-x2-y2As，其中x2和y2的取值均大于或等于0而小于1，且x2+y2值大于或等于0而小于1，且所述发光区对应的有源层部分和吸收区对应的有源层部分的材料具有不同的x2和y2值，以使所述吸收区的材料能带带隙小于所述发光区的材料能带带隙。
4.根据权利要求1所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述超辐射发光二极管采用AlGaInAs/GaAs材料体系制作；
所述超辐射发光二极管的有源层的材料组分为Alx3Gay3In1-x3-y3As，其中x3和y3的取值均大于或等于0而小于1，且x3+y3值大于或等于0而小于1，且所述发光区对应的有源层部分和吸收区对应的有源层部分的材料具有不同的x3和y3值，以使所述吸收区的材料能带带隙小于所述发光区的材料能带带隙。
5.根据权利要求1-4任一项所述的超辐射发光二极管，其特征在于，发光区波导和吸收区波导处于同一平面，且与所述超辐射发光二极管的端面垂直。
6.根据权利要求1-4任一项所述的超辐射发光二极管，其特征在于，发光区波导和吸收区波导处于同一平面，且与所述超辐射发光二极管的端面成第一预设角度。
7.根据权利要求1-4任一项所述的超辐射发光二极管，其特征在于，发光区波导与所述超辐射发光二极管的端面成第二预设角度，所述吸收区波导与所述超辐射发光二极管的端面垂直。
8.根据权利要求1-4任一项所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述超辐射发光二极管的下包层、下限制层、有源层、上限制层、上包层以及欧姆接触层中每一层的厚度均大于或等于0而小于100um。
9.根据权利要求1-4任一项所述的超辐射发光二极管，其特征在于，所述吸收区的材料由选区外延生长工艺制作或者由对接生长工艺制作。
10.一种光电器件，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的超辐射发光二极管。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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