CN110957636A - 高峰值功率1550nm激光二极管芯片及制备方法 - Google Patents

高峰值功率1550nm激光二极管芯片及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110957636A
CN110957636A CN201911259265.2A CN201911259265A CN110957636A CN 110957636 A CN110957636 A CN 110957636A CN 201911259265 A CN201911259265 A CN 201911259265A CN 110957636 A CN110957636 A CN 110957636A
Authority
CN
China
Prior art keywords
type
region
junction
waveguide layer
junctions
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911259265.2A
Other languages
English (en)
Inventor
曲轶
任永学
李再金
赵志斌
乔忠良
李林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hainan Normal University
Original Assignee
Hainan Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hainan Normal University filed Critical Hainan Normal University
Priority to CN201911259265.2A priority Critical patent/CN110957636A/zh
Publication of CN110957636A publication Critical patent/CN110957636A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3205—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures with an active layer having a graded composition in the growth direction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/026—Monolithically integrated components, e.g. waveguides, monitoring photo-detectors, drivers
    • H01S5/0262—Photo-diodes, e.g. transceiver devices, bidirectional devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高峰值功率1550nm激光二极管芯片及制备方法，该芯片包括多个PN结、高掺杂电阻区和N型衬底；多个PN结从下到上依次叠加；每两个PN结之间通过高掺杂电阻区连接；N型衬底位于最低层PN结的下方；如果没有高掺杂电阻区，会导致上一个的n结连接到下一个的p结，二极管呈反向状态，电流无法正向导通，而该芯片中增加高掺杂电阻区，实现了芯片中上下两个PN结的级联，使其量子效率大大提高，可以在注入较少电流的情况下发出较强的光功率，实现了发光芯片的功率密度的增加。

Description

高峰值功率1550nm激光二极管芯片及制备方法
技术领域
本发明涉及光电子芯片技术领域，特别涉及一种高峰值功率1550nm激光二极管芯片及制备方法。
背景技术
现有激光传感、激光测距领域多用905nm、850nm、760nm半导体激光，对于人眼安全具有隐患，空气中衰减也比较严重；不利于实际应用。为了实现人眼安全激光、大气传输窗口的应用，开发1550nm半导体激光芯片，而现有技术中是采用多个单层发光激光芯片的物理堆叠，物理堆叠会引起发光区尺寸增大，没有增加功率密度，反而使应用过程中的光学尺寸增加。
因此，如何增加发光芯片的功率密度成为了同行从业人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种高峰值功率1550nm激光二极管芯片及制备方法，解决现有技术中通过物理叠加来增强发光，但是其功率密度并不能得到提高的问题。
为了解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种高峰值功率1550nm激光二极管芯片，包括：多个PN结、高掺杂电阻区和N型衬底；
所述多个PN结从下到上依次叠加；任意相邻两个PN结通过所述高掺杂电阻区连接；
所述n型衬底位于最低层PN结的下方。
在一个实施例中，所述PN结包括：N型波导层、发光区、P型波导层；
所述发光区位于所述N型波导层和P型波导层之间。
在一个实施例中，所述高掺杂电阻区由N型高掺杂区和P型高掺杂区组成；所述N型高掺杂区位于和P型高掺杂区的上方；
所述高掺杂电阻区的总厚度范围为15nm±2nm。高掺杂区的厚度应该尽可能薄一些，可以更容易实现上下两个PN结的级联。
在一个实施例中，所述N型高掺杂区中的InP掺杂浓度范围为4.5×1020cm-3至6.5×1020cm-3，其厚度范围为10-12nm。高掺杂区中的N型高掺杂区不能太薄，应大于其耗尽区的厚度，可更好实现级联。
在一个实施例中，所述P型高掺杂区中的InP掺杂浓度范围为7.5×1018cm-3至8.5×1018cm-3，其厚度范围为3-5nm。高掺杂区中的P型高掺杂区不能太薄，应大于其耗尽区的厚度，可更好实现级联。
第二方面，本发明还提供一种高峰值功率1550nm激光二极管芯片的制备方法，包括：
S1、在N型衬底上从下至上依次生长N型波导层、发光区、P型波导层，完成第一个PN结的生长；
S2、在所述P型波导层上级联生长高掺杂电阻区；
S3、在所述高掺杂电阻区的上方从下至上依次生长N型波导层、发光区、P型波导层，完成下一个PN结的生长；
S4、依次重复步骤S2和S3，直至完成多个PN结的生长。
本发明的优点在于，本发明的一种高峰值功率1550nm半导体激光二极管芯片及制备方法，该芯片在传统的单层发光基础上，使用高掺杂区实现多个PN结互联，通过芯片内部发光层的纳米堆叠实现高峰值功率输出。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例提供的高峰值功率1550nm激光二极管芯片；
图2为本发明实施例提供的高掺杂电阻区结构示意图；
图3为本发明实施例提供的传统1550nm低功率芯片结构图；
图4为本发明实施例提供的高峰值功率1550nm激光二极管芯片的制备流程图；
附图中：1-PN结、2-高掺杂电阻区、3-N型衬底、11-N型波导层、12-发光区、13-P型波导层、21-N型高掺杂区、22-P型高掺杂区。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供了一种高峰值功率1550nm激光二极管芯片，参照图1所示，包括：
多个PN结1、高掺杂电阻区2和N型衬底3；其中，多个PN结1从下到上依次叠加；任意相邻两个PN结1通过所述高掺杂电阻区2连接；N型衬底3位于最低层PN结1的下方。
在一个实施例中，PN结1包括N型波导层11、发光区12、P型波导层13，其中，述发光区12位于N型波导层11和P型波导层13之间。
在一个实施例中，如图2所示，用于连接两个PN结1的高掺杂电阻区2由N型高掺杂区21和P型高掺杂区22组成；其中，N型高掺杂区21位于和P型高掺杂区22的上方；高掺杂电阻区2的总厚度范围为15nm±2nm，其均是利用金属有机化学气相沉积系统(MOCVD)生长。
进一步地，N型高掺杂区21中的InP掺杂浓度范围为4.5×1020cm-3至6.5×1020cm-3，其厚度范围为10-12nm；P型高掺杂区22中的InP掺杂浓度范围为7.5×1018cm-3至8.5×1018cm-3，其厚度范围为3-5nm。
本发明中的高峰值功率1550nm激光二极管芯片的发光原理为：在一个具有3个PN结1的芯片中，在该芯片的第一个PN结1中，注入的电子发生辐射复合产生一个光子后，从导带落到价带。此时高掺杂电阻区2，在电场作用下，复合后的电子通过高掺杂电阻区2再生到后面的第二个PN结1导带上发生第二次复合，再产生一个光子。以此类推，把三个PN结1通过反偏高掺杂电阻区2级联起来，激光器两电极间注入的每一对电子—空穴可以在三个PN结1中发生三次复合，产生三个光子，使其量子效率大大提高，可以在注入较少电流的情况下发出较强的光功率。
如图2-3所示，与传统的1550nm低功率芯片相比，本发明的芯片中的高掺杂电阻区起到关键作用，在芯片中级联了上下两个PN结1，如果没有高掺杂电阻区2，会导致上一个的N结连接到下一个的P结，二极管呈反向状态，电流无法正向导通；增加了高掺杂电阻区之后，就可以实现多个PN结1的级联。
第二方面，如图4所示，本发明还提供了一种高峰值功率1550nm半导体激光二极管芯片的制备方法，包括：
S1、在N型衬底上从下至上依次生长N型波导层、发光区、P型波导层，完成第一个PN结的生长；
S2、在所述P型波导层上级联生长高掺杂电阻区；
S3、在所述高掺杂电阻区的上方从下至上依次生长N型波导层、发光区、P型波导层，完成下一个PN结的生长；
S4、依次重复步骤S2和S3，直至完成多个PN结的生长。
高峰值功率1550nm激光芯片的生长过程为：在P型衬底上，生长N型波导层、发光区、P型波导层，这样完成第一个PN结的生长，然后级联生长高掺杂电阻区，高掺杂电阻区由N型高掺杂和P型高掺杂区组成，总厚度控制在15nm±2nm，N型掺杂浓度在4.5×1020cm-3至6.5×1020cm-3之间，厚度在10-12nm之间，P型掺杂浓度在7.5×1018cm-3至8.5×1018cm-3之间,厚度在3-5nm之间；完成高掺杂电阻区之后，依次类推完成第二个、第三个PN结的生长。
其中，N型衬底为InP单晶材料，一般用垂直布里奇曼法进行晶锭的制作，然后切割成晶圆、并进行抛光、给出晶向，则完成了衬底的制作；n型波导层、发光区、p型波导层均是通过MOCVD生长的。
高掺杂电阻区生长的材料为InP，P型掺杂源是C，N型掺杂源为Si；Ⅲ族的三甲基铟In(CH3)3与第Ⅴ族气体磷化氢(PH3)，通过载气输送在高温InP衬底上发生反应，沉积形成InP薄膜；沉积时间不同，生长的厚度也不同。
本发明提供了一种高峰值功率1550nm激光二极管芯片及制备方法，该芯片通过在相邻的两个PN结之间添加了高掺杂电阻区，实现了多个PN结的级联，使得注入的电子-空穴对可以发生多次复合，从而使得量子效率大大提高，可以在注入较少电流的情况下发出较强的光功率。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种高峰值功率1550nm激光二极管芯片，其特征在于，包括：多个PN结(1)、高掺杂电阻区(2)和N型衬底(3)；
所述多个PN结(1)从下到上依次叠加；任意相邻两个PN结(1)通过所述高掺杂电阻区(2)连接；
所述N型衬底(3)位于最低层PN结(1)的下方。
2.如权利要求1所述的一种高峰值功率1550nm激光二极管芯片，其特征在于，所述PN结(1)包括：N型波导层(11)、发光区(12)、P型波导层(13)；
所述发光区(12)位于所述N型波导层(11)和P型波导层(13)之间。
3.如权利要求1所述的一种高峰值功率1550nm激光二极管芯片，其特征在于，所述高掺杂电阻区(2)由N型高掺杂区(21)和P型高掺杂区(22)组成；所述N型高掺杂区(21)位于P型高掺杂区(22)的上方；
所述高掺杂电阻区(2)的总厚度范围为15nm±2nm。
4.如权利要求3所述的一种高峰值功率1550nm激光二极管芯片，其特征在于，所述N型高掺杂区(21)中的InP掺杂浓度范围为4.5×1020cm-3至6.5×1020cm-3，其厚度范围为10-12nm。
5.如权利要求4所述的一种高峰值功率1550nm激光二极管芯片，其特征在于，所述P型高掺杂区(22)中的InP掺杂浓度范围为7.5×1018cm-3至8.5×1018cm-3，其厚度范围为3-5nm。
6.一种高峰值功率1550nm激光二极管芯片的制备方法，其特征在于，包括：
S1、在N型衬底上从下至上依次生长N型波导层、发光区、P型波导层，完成第一个PN结的生长；
S2、在所述P型波导层上级联生长高掺杂电阻区；
S3、在所述高掺杂电阻区的上方从下至上依次生长N型波导层、发光区、P型波导层，完成下一个PN结的生长；
S4、依次重复步骤S2和S3，直至完成多个PN结的生长。
CN201911259265.2A 2019-12-10 2019-12-10 高峰值功率1550nm激光二极管芯片及制备方法 Pending CN110957636A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911259265.2A CN110957636A (zh) 2019-12-10 2019-12-10 高峰值功率1550nm激光二极管芯片及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911259265.2A CN110957636A (zh) 2019-12-10 2019-12-10 高峰值功率1550nm激光二极管芯片及制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110957636A true CN110957636A (zh) 2020-04-03

Family

ID=69980668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911259265.2A Pending CN110957636A (zh) 2019-12-10 2019-12-10 高峰值功率1550nm激光二极管芯片及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110957636A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111900615A (zh) * 2020-07-30 2020-11-06 西安炬光科技股份有限公司 一种半导体激光器结构及叠阵

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1770492A (zh) * 2004-11-04 2006-05-10 夏普株式会社 Ⅲ－v族化合物半导体发光元件及其制造方法
CN105429004A (zh) * 2015-12-30 2016-03-23 中国科学院半导体研究所 多有源区外延结构、采用其的半导体激光器及其制造方法
DE102017125237A1 (de) * 2017-10-27 2019-05-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterlaserarray und Halbleiterlaserarrayschaltungsanordnung
CN110829180A (zh) * 2019-11-07 2020-02-21 杜菁菁 一种高峰值功率1550nm半导体激光二极管芯片

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1770492A (zh) * 2004-11-04 2006-05-10 夏普株式会社 Ⅲ－v族化合物半导体发光元件及其制造方法
CN105429004A (zh) * 2015-12-30 2016-03-23 中国科学院半导体研究所 多有源区外延结构、采用其的半导体激光器及其制造方法
DE102017125237A1 (de) * 2017-10-27 2019-05-02 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterlaserarray und Halbleiterlaserarrayschaltungsanordnung
CN110829180A (zh) * 2019-11-07 2020-02-21 杜菁菁 一种高峰值功率1550nm半导体激光二极管芯片

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111900615A (zh) * 2020-07-30 2020-11-06 西安炬光科技股份有限公司 一种半导体激光器结构及叠阵

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3763667B2 (ja) 半導体発光素子
JP5912217B2 (ja) 半導体発光素子
JP7228176B2 (ja) Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子
KR20070068303A (ko) Ｌｅｄ 구조
WO2004075307A2 (en) Group iii nitride contact structures for light emitting devices
KR100380536B1 (ko) 터널접합 구조를 가지는 질화물반도체 발광소자
US20220209049A1 (en) Multi-junction light-emitting diode and method for making the same
TWI255564B (en) Light emitting device and its manufacturing method
JP4837012B2 (ja) 発光素子
CN114447165B (zh) Led外延结构及其制备方法
Li et al. Fully transparent metal organic chemical vapor deposition-grown cascaded InGaN micro-light-emitting diodes with independent junction control
KR101903361B1 (ko) 질화물 반도체 발광소자 및 그 제조방법
CN110957636A (zh) 高峰值功率1550nm激光二极管芯片及制备方法
CN109309150A (zh) 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法
Wong et al. Progress in III-Nitride Tunnel Junctions for Optoelectronic Devices
KR101761310B1 (ko) 발광 소자 및 그 제조 방법
JP2803791B2 (ja) 半導体素子の製造方法
CN109301038A (zh) 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法
JP2006135215A (ja) 半導体発光素子の製造方法
KR20120116257A (ko) 발광 다이오드의 휘도 향상 방법 및 그에 의한 발광 다이오드
JP2005136136A (ja) 半導体装置の製造方法およびウエーハの製造方法
CN1319183C (zh) 半导体发光器件以及制造半导体发光器件的方法
JP2003142730A (ja) 半導体発光素子
CN116191203B (zh) 一种高效率蓝光半导体激光芯片
JPH08116092A (ja) 半導体発光素子およびその製法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200403

RJ01 Rejection of invention patent application after publication