CN112838150A - 发光二极管及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种发光二极管及其形成方法，其中，发光二极管至少包括：衬底、位于衬底之上且具有叠层结构的有源层、和位于所述有源层之上的其他结构层；所述有源层由两种不同的张应变材料循环堆叠形成，其中，第一种应变材料的张应变大于第一应变阈值，第二种应变材料的张应变小于第二应变阈值；所述第一应变阈值大于或等于所述第二应变阈值。
Description
技术领域
本申请实施例涉及发光二极管加工领域，涉及但不限于一种发光二极管及其形成方法。
背景技术
半导体超辐射发光二极管是光纤测量及光纤陀螺系统中的重要光源。半导体超辐射发光二极管体积小、效率高，适合在光纤测量及光纤陀螺系统中使用，有利于减小该系统的体积和功耗，增强该系统的集成度。
普通的超辐射发光二极管(SLED，super-luminance LED)采用类似半导体激光器的增益结构设计，材料发光呈现较强的偏振特征，而传统的低偏振相关SLED光源，有源层的形成一般采用如下技术方案：采用纯张应变量子阱、张应变体材料或混合应变量子阱。
但是，有源层采用纯张应变量子阱或者体材料时，有源层增益的峰值并不相同，而有源层采用混合应变量子阱时，虽然可以达到增益的峰值重合，但是设计的参数窗口小，增大了芯片设计难度。
发明内容
本申请实施例提供一种发光二极管及其形成方法。
本申请实施例的技术方案是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种发光二极管，包括：
衬底、位于衬底之上且具有叠层结构的有源层、和位于所述有源层之上的其他结构层；
所述有源层由两种不同的张应变材料循环堆叠形成，其中，第一种应变材料的张应变大于第一应变阈值，第二种应变材料的张应变小于第二应变阈值；
所述第一应变阈值大于或等于所述第二应变阈值。
在一些实施例中，所述张应变材料的带隙宽度小于预设阈值。
在一些实施例中，所述第一种应变材料与所述第二种应变材料之间的平均应变为张应变或零应变。
在一些实施例中，在光致发光光谱中，所述第一种应变材料的峰值波长，小于所述第二种应变材料的峰值波长。
在一些实施例中，所述叠层结构中的每一层张应变材料的厚度范围为1nm至50nm；所述第一种应变材料的总厚度与所述第二种应变材料的总厚度相同或不同。
在一些实施例中，所述张应变材料至少由In、Ga、As、P或Al构成的二元、三元或四元化合物组成。
第二方面，本申请实施例提供一种发光二极管的形成方法，包括：
在衬底上形成具有叠层结构的有源层；所述有源层由两种不同的张应变材料循环堆叠形成，其中，第一种应变材料的张应变大于第一应变阈值，第二种应变材料的张应变小于第二应变阈值；所述第一应变阈值大于或等于所述第二应变阈值；
在所述有源层表面形成其他结构层，以形成所述发光二极管。
在一些实施例中，所述方法还包括：获取预设的目标增益谱线；根据所述预设的目标增益谱线，确定每一层所述张应变材料的以下至少之一：目标应变量或目标带隙宽度；按照每一层所述张应变材料的目标应变量和/或目标带隙宽度，依次循环堆叠所述第一种应变材料和所述第一种应变材料，形成所述有源层。
在一些实施例中，根据所述预设的目标增益谱线，确定每一层所述张应变材料的目标应变量，包括：对每一层所述张应变材料的应变量进行调整，以获取调整后的第一种应变材料的应变量与调整后的第二种应变材料的应变量；根据所述调整后的第一种应变材料的应变量与调整后的第二种应变材料的应变量，获取调整后的所述有源层的材料的第一增益谱线；当所述第一增益谱线与所述预设的目标增益谱线重合时，停止对所述张应变材料的应变量进行调整，并将调整后的每一层所述张应变材料的应变量，确定为对应张应变材料的目标应变量。
在一些实施例中，根据所述预设的目标增益谱线，确定每一层所述张应变材料的目标带隙宽度，包括：对每一层所述张应变材料的带隙宽度进行调整，以获取调整后的第一种应变材料的带隙宽度与调整后的第二种应变材料的带隙宽度；根据所述调整后的第一种应变材料的带隙宽度与调整后的第二种应变材料的带隙宽度，获取调整后的所述有源层的材料的第二增益谱线；当所述第二增益谱线与预设的目标增益谱线重合时，停止对所述张应变材料的带隙宽度进行调整，并将调整后的每一层所述张应变材料的带隙宽度，确定为对应张应变材料的目标带隙宽度。
本申请实施例中，在发光二极管有源层的结构设计中，位于衬底之上的有源层由两种不同的张应变材料循环堆叠形成，其中第一种应变材料的张应变大于第一应变阈值，第二种应变材料的张应变小于第二应变阈值。如此，由于采用两种不同的张应变材料循环堆叠形成有源层，因此，能够使有源层的张应变材料在不同模式下增益的峰值重合，降低了发光二极管芯片的设计难度。
附图说明
图1是相关技术中发光二极管的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种发光二极管结构示意图；
图3是本申请实施例提供的发光二极管有源层叠层材料的能级示意图；
图4是本申请实施例提供的另一种发光二极管结构示意图；
图5是本申请实施例提供的发光二极管形成方法的一个可选的流程示意图；
图6是本申请实施例提供的发光二极管形成方法的一个可选的流程示意图；
图7是相关技术中有源层材料TE模式增益和TM模式增益谱示意图；
图8是本申请实施例提供的发光二极管有源层叠层材料TE模式增益和TM模式增益谱示意图；
图9是本申请实施例提供的一种张应变材料和叠层材料的PL谱示意图；
图10是本申请实施例提供的一种张应变材料和叠层材料的TE模式和TM模式归一化增益谱示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本申请的限制，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它实施例，都属于本申请保护的范围。
在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
应当明白，当元件或层被称为“在……上”、“与……相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在……上”、“与……直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。而当讨论的第二元件、部件、区、层或部分时，并不表明本发明必然存在第一元件、部件、区、层或部分。
空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请实施例的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
目前，普通的超辐射发光二极管采用与半导体激光器的增益结构相似的设计，在这种设计中材料发光呈现出较强的偏振特征，即出射光由横电模(TE，transverseelectric mode)或横磁模(TM，transverse magnetic mode)主导，这两种偏振模式SLED光源的光强差别很大。采用这种SLED光源的光纤系统中，由于偏振相关的测量单元一般呈现出较强的偏振相关性，因此需要仔细的调整入射光的偏振方向，并且在整个光纤链路中使用保偏光纤，这样，会增加光纤系统的调试难度和组装难度，使得整个光纤系统价格高昂。
为解决调试和组装难度大的问题，相关技术中使用低偏振相关的SLED光源，由于SLED光源在两种偏振模式的光强基本相同，因此无论光源如何转动，在偏振相关的测量系统中，光源光强总是相同，这样能够大大减轻系统中光源偏振方向的对准难度。传统的低偏振相关SLED光源，有源层一般采用如下技术方案：采用纯张应变量子阱、采用张应变体材料或采用混合应变量子阱，即在结构中同时采用多个张应变量子阱及压应变量子阱。有源层采用上述设计的原因在于，材料光学增益约等于模式耦合系数乘以模式增益，而在一般波导结构中，TE模式的模式耦合系数较大，因此需要选择一个TM模式增益较大的材料，来平衡TE模式和TM模式的光学增益。由半导体光电子学理论可知，张应变量子阱提供TM模式的光学增益较强，而压应变量子阱提供TE模式的光学增益较强，因此在低偏振SLED设计中，有源层广泛采用张应变的材料设计。
目前SLED的芯片有源层材料的设计一般由三种方案：1)采用单一张应变量子阱来作为有源层材料；2)采用张应变体材料；3)采用混合应变量子阱即在结构中同时采用数个张应变量子阱及压应变量子阱，其中图1给出了上述技术方案2中有源层采用张应变体材料时发光二极管的结构示意图，该发光二极管由衬底101、采用张应变体材料的有源层102和有源层上的其他结构103组成。
但是，上述三种技术方案也存在相应的问题，首先，在纯张应变量子阱或者体材料中，由于重空穴能级和轻空穴能级分离，TE模式的光学增益和TM模式的光学增益虽然相同，但是增益的峰值并不相同，使得TE光和TM光的增益谱不重合，即，虽然两者光强相同，但是由于谱线存在较大差异，在光纤系统应用中，会带来诸多不利的影响。其次，在混合应变量子阱中，虽然可以通过对张应变量子阱和压应变量子阱采用不同的阱宽和应变设计，来达到增益谱线的重合及增益强度的重合，但是改动设计的难度非常大，设计的参数窗口非常小，同时还增大了发光二极管芯片的设计难度，减小了芯片形成过程中的容差性。
如上所述，上述用于有源层增益结构设计的技术方案均存在一定的局限性，本领域仍然需要探索有源层增益结构设计的新方案。
为改善纯张应变体材料结构导致的模式增益谱峰值不重合的问题，本申请实施例提过一种发光二极管，该发光二极管可以使用两种不同的薄层材料替代原单一成分的张应变体材料。代替该单一成分的张应变体材料的两种张应变材料的平均应变约等于单一成分的张应变体材料，且两种张应变材料的平均带隙波长约等于原单一成分的张应变体材料，由两种张应变材料交替堆叠形成本申请实施例中的有源层。其中高张应变材料(即第一种张应变材料)的带隙，在光致发光光谱(PL谱，Photoluminescence Spectroscopy)中的峰值较低，低张应变材料(即第二种张应变材料)的带隙在PL谱中峰值较高。
下面结合附图对本申请实施例中的超辐射发光二极管做出详细说明。
本申请实施例中提供的发光二极管如图2所示，图2仅出示了一种发光二极管的组成结构，发光二极管至少由衬底21、位于衬底之上且具有叠层结构的有源层22、和位于所述有源层之上的其他结构层23组成。
图3是本申请实施例中发光二级管有源层22结构图，如图3所示，有源层22由两种不同的张应变材料循环堆叠形成，其中，221为第一种张应变材料，即高张应变材料，222为第二种张应变材料，即低张应变材料，不同张应变材料的带隙宽度不同，即每一层张应变材料具有不同的能级图，采用本申请实施例中的有源层设计，使得张应变材料的带隙宽度处于较低水平，有源层材料内无本征能级存在。
在一些实施例中，无束缚能级是指能级连续的情形，即粒子不受势场的调制。
在一些实施例中，发光二极管的组成结构如图4所示，至少包括衬底401、下包层402、下限制层403、具有叠层结构的有源层404、上限制层405、上包层406和欧姆接触层407，其中，衬底可以是N型磷化铟(n-InP)；下包层可以是n-InP；下限制层可以是铝镓铟砷(AlGaInAs)；有源层可以是镓铟砷磷(InGaAsP)等由In、Ga、As、P或Al构成的二元、三元或四元化合物组成；上限制层可以是AlGaInAs；上包层可以是n-InP；欧姆接触层可以是p+掺杂的P型铟镓砷(P+-InGaAs)。
在本申请实施例中，所述有源层由两种不同的张应变材料循环堆叠形成，其中，第一种应变材料的张应变大于第一应变阈值，第二种应变材料的张应变小于第二应变阈值；所述第一应变阈值大于或等于所述第二应变阈值。
这里，循环堆叠是指将具有不同带隙宽度的半导体材料依次沉积在同一基底上，不同的半导体材料之间形成异质结，异质结是两种不同的半导体相接触所形成的界面区域。在本申请实施例中，将具有不同应变量的张应变材料(即半导体材料)依次循环沉积在衬底上，形成所述有源层。
在一些实施例中，第一应变阈值和第二变阈值均大于等于0，第二应变阈值小于或等于第一应变阈值，即第一应变材料相对于第二应变材料为高张应变材料，第二应变材料相对于第一应变材料为低张应变材料。
在本申请实施例中，在发光二极管有源层的结构设计中，位于衬底之上的有源层由两种不同的张应变材料循环堆叠形成，其中第一种应变材料的张应变大于第一应变阈值，第二种应变材料的张应变小于第二应变阈值。如此，由于有源层采用两种不同的张应变材料循环堆叠形成，循环堆叠而成的叠层结构能够使得有源层张应变材料TE模式增益和TM模式增益的峰值重合，使得发光二极管芯片的出光谱线质量进一步提高。
在本申请实施例中，所述张应变材料的带隙宽度小于预设阈值。
需要说明的是，所述张应变材料的带隙宽度小于预设阈值，即带隙宽度处于较低水平，使得第一种应变材料与第二种应变材料交替堆叠后不能形成量子阱的限制效果，因此第一种应变材料与第二种应变材料之间的量子阱内无本征能级存在。这里量子阱限制是指量子阱在一维方向上，也就是垂直于量子阱薄层表面的方向上限制粒子(通常为电子或者空穴)的运动，而在其它方向上粒子的运动不受限制。
在一些实施例中，由于第一种应变材料与第二种应变材料之间的量子阱内无本征能级存在，因此电子可以在循环堆叠的有源层材料内均匀分布，降低了电子在量子阱内的局域分布不均的效应，进而降低了有源层材料在电子高注入下的增益饱和效应及增益不均匀的问题。相比混合应变量子阱材料设计，本申请实施例中的结构设计难度较低，同时也解决了各个阱内电子注入不均匀的问题。这里，增益饱和效应是指随着入射光强的增大，增益系数下降的现象。
在一些实施例中，由于第一种应变材料与第二种应变材料之间的量子阱内无本征能级存在，因此，由第一种应变材料与第二种应变材料交替堆叠形成的有源层材料，可以使用体材料的理论对该有源层材料进行分析，且该有源层材料在总体上呈现体材料特征，有利于对有源层材料进行结构设计。
在本申请实施例中，所述第一种应变材料与所述第二种应变材料之间的平均应变为张应变或零应变。
在一些实施例中，由于第一应变阈值和第二应变阈值均大于等于0，第二应变阈值小于或等于第一应变阈值，因此第一种应变材料与第二种应变材料之间的平均应变为张应变或零应变。
在本申请实施例中，在光致发光光谱中，所述第一种应变材料的峰值波长，小于所述第二种应变材料的峰值波长。
这里，峰值波长是指光谱发光强度或辐射功率最大处所对应的波长。
在一些实施例中，所述第一种应变材料的峰值波长，小于所述第二种应变材料的峰值波长是指，高张应变材料在PL谱中的峰值波长，比低张应变材料在PL谱中的峰值波长短。
在本申请实施例中，所述叠层结构中的每一层张应变材料的厚度范围为1nm至50nm；所述第一种应变材料的总厚度与所述第二种应变材料的总厚度相同或不同。
在本申请实施例中，所述张应变材料至少由铟(In)、镓(Ga)、砷(As)、磷(P)或铝(Al)构成的二元、三元或四元化合物组成。
在一些实施例中，构成有源层的张应变材料可以是铟镓砷磷(InGaAsP)、铝镓铟砷(AlGaInAs)、砷化镓(GaAs)、铝镓砷(AlGaAs)、镓铟磷(GaInP)和铟镓砷(InGaAs)等，张应变材料可以是由In、Ga、As、P或Al构成的二元、三元或四元化合物组成。
本申请实施例中，通过由两种不同的张应变材料循环堆叠形成有源层，能够使得有源层张应变材料增益的峰值重合，使得芯片出光谱线质量进一步提高。
下面将基于图2，结合本申请实施例提供发光二极管有源层结构，说明本申请实施例提供的发光二极管的形成方法。
步骤S501、在衬底上形成具有叠层结构的有源层。
这里衬底可以是N型衬底n-InP，通过外延生长将具有应变量的张应变材料依次循环沉积在同一基底上。
步骤S502、在所述有源层表面形成其他结构层，以形成所述发光二极管。
在一些实施例中，在有源层的叠层材料依次沉积完成后，在所述有源层上依次沉积其他结构层，形成本申请实施例中的发光二极管。
由于采用两种不同的张应变材料循环堆叠形成有源层，因此，能够使有源层的张应变材料在不同模式下增益的峰值重合，降低了发光二极管芯片的设计难度。
在一些实施例中，根据每一层张应变材料的厚度、应变量和带隙宽度，依次循环堆叠第一种应变材料和第二种应变材料，形成发光二极管有源层。基于前述实施例，图6是本申请实施例提供的发光二极管的形成方法的一个可选的流程示意图，如图6所示，步骤S501中形成有源层的方法可以通过以下步骤实现：
步骤S601、获取预设的目标增益谱线。
这里，目标增益谱线是指有源层材料的TE峰和TM峰在增益谱线中重合时的增益谱线，也就是说，在预设的目标增益谱线中，采用两种张应变材料交替堆叠形成的有源层材料的TE增益峰值和TM增益峰值重合。
步骤S602、对每一层所述张应变材料的应变量进行调整，以获取调整后的第一种应变材料的应变量与调整后的第二种应变材料的应变量。
在一些实施例中，在对张应变材料的应变量进行调整之前，将第一种应变材料和第二种应变材料的增益谱通过加权平均计算得到有源层材料的TE增益谱线及TM增益谱线，步骤可以是：获取体材料模型、所述第一种应变材料的总厚度与所述第二种应变材料的总厚度；根据所述体材料模型分别计算所述第一种应变材料的第一增益谱线与所述第二种应变材料的第二增益谱线；根据所述第一种应变材料的总厚度与所述第二种应变材料的总厚度之间的比例，确定第一种应变材料与所述第二种应变材料的加权系数；根据所述加权系数，对所述第一增益谱线和所述第二增益谱线进行加权平均计算，获取所述有源层的材料的增益谱线。
在一些实施例中，通过两种张应变材料总厚度的调整，两种张应变材料总厚度之间的比例即为增益加权系数，通过厚度调整对有源层材料进行优化设计，增益峰的位置进行细微的调整，可以有效的解决目前有源层采用单一体材料，而导致的有源层材料增益谱线中TE增益峰值和TM增益峰值不重合的问题，这里，有源层材料是指第一种应变材料和第二种应变材料交替堆叠后的材料。
在一些实施例中，由于材料张应变越大，材料的TM增益相比于TE增益越大，因此，通过将高张应变材料PL峰放置在低张应变材料增益峰短波长方向，可以有效补偿有源层材料TE模式增益峰值和TM模式增益峰值的差别，如图5新材料设计所示。
在一些实施例中，对第一种应变材料和第二种应变材料进行调整的应变量相同或不同。
步骤S603、根据所述调整后的第一种应变材料的应变量与调整后的第二种应变材料的应变量，获取调整后的所述有源层的材料的第一增益谱线。
这里，将调整应变量后的第一种应变材料和调整应变量后的第二种应变材料进行交替堆叠之后，获得调整后有源层的材料的第一增益谱线。
步骤S604、当所述第一增益谱线与所述预设的目标增益谱线重合时，停止对所述张应变材料的应变量进行调整，并将调整后的每一层所述张应变材料的应变量，确定为对应张应变材料的目标应变量。
这里，当调整后有源层的材料的第一增益谱线与预设的目标增益谱线重合时，将此时的应变量确定为每一层张应变材料的目标应变量，该目标应变量即为本申请实施例中的发光二极管有源层叠层结构中每一层张应变材料的应变量。
步骤S605、对每一层所述张应变材料的带隙宽度进行调整，以获取调整后的第一种应变材料的带隙宽度与调整后的第二种应变材料的带隙宽度。
这里，带隙宽度是指导带的最高能级和价带的最低能级之间的能，材料的带隙宽度过大，导带底位置相对较高，电子进入导带比带隙相对较小的材料困难的多。
在一些实施例中，通过对张应变材料的带隙宽度进行调整，使得有源层中每一层张应变材料的能带带隙差一直低于预设阈值，使得每一张应变材料之间不能构成量子阱的限制效果，因此每连续两层张应变材料内无本征能级存在。
步骤S606、根据所述调整后的第一种应变材料的带隙宽度与调整后的第二种应变材料的带隙宽度，获取调整后的所述有源层的材料的第二增益谱线。
这里，将调整带隙宽度后的第一种应变材料和调整带隙宽度后的第二种应变材料进行交替堆叠之后，获得调整后有源层的材料的第二增益谱线。
步骤S607、当所述第二增益谱线与预设的目标增益谱线重合时，停止对所述张应变材料的带隙宽度进行调整，并将调整后的每一层所述张应变材料的带隙宽度，确定为对应张应变材料的目标带隙宽度。
这里，当调整后有源层的材料的第二增益谱线与预设的目标增益谱线重合时，将此时的带隙宽度确定为每一层张应变材料的目标带隙宽度，该目标带隙宽度即为本申请实施例中的发光二极管有源层叠层结构中每一层张应变材料的带隙宽度。
步骤S608、按照每一层所述张应变材料的目标应变量或目标带隙宽度，依次循环堆叠所述第一种应变材料和所述第一种应变材料，形成所述有源层。
在本申请实施例中，在确定了每一层张应变材料的目标应变量或目标带隙宽度后，将调整后的每一层张应变材料交替堆叠形成有源层。
在一些实施例中，在调整对张应变材料进行调整时，可以对张应变材料的应变量和带隙宽度都进行调整，调整的方法在本申请实施例中不做限制。
基于前述实施例，本申请实施例中的发光二极管有源层采用不同应变量的张应变材料交替堆叠形成，而目前的发光二极管有源层采用单一张应变体材料形成，本申请实施例中的有源层弥补了相关技术中材料TE模式增益峰值和TM模式增益峰值不重合的缺陷。
图7是相关技术中有源层材料TE模式增益和TM模式增益谱示意图，如图7所示，相关技术中有源层材料采用纯张应变体材料时，张应变体材料TE模式和TM模式的峰值不重合。
在一些实施例中，发光二极管的有源层采用高张应变材料和低张应变材料交替堆叠形成，有效的补偿了材料TE模式增益峰值和TM模式增益峰值的差异。图8是本申请实施例提供的发光二极管有源层叠层材料TE模式增益和TM模式增益谱示意图，如图8所示，其中高张应变材料和低张应变材料的TE模式增益峰值和TM模式增益峰值均不重合，但是高张应变材料和低张应变材料交替堆叠而成的叠层材料TE模式和TM模式的峰值重合，因此，本申请实施例提供的有源层材料弥补了相关技术中有源层采用纯张应变体材料时，材料TE模式增益峰值和TM模式增益峰值不重合的缺陷。
基于前述实施例，本申请实施例提供了一种发光二极管有源层材料设计方法实施例，图9是本申请实施例提供的一种有源层材料光致发光谱示意图，图10是本申请实施例提供的一种有源层材料增益谱线示意图，如图10所示，实施过程如下：
相关技术中发光二极管有源层设计采用单一张应变量子阱设计，该有源层平均张应变为0.2％，有源层的PL峰值约为1300nm，有源层的厚度为110nm，通过计算可知，该有源层材料的TE增益峰值和TM增益峰值存在较大的差距。
为改善相关技术中有源层材料的TE增益峰值和TM增益峰值存在较大的差距的问题，本申请实施例采用两种薄层材料(即张应变材料)对相关技术中的有源层进行替换，其中一种薄层材料(即第一种应变材料)采用高张应变材料InGaAsP B，厚度为5nm，应变为0.4％，层数为11，PL谱峰值约为1.290um，另一种薄层材料(即第二种应变材料)采用无应变材料InGaAsP W，厚度为5.5nm，层数为10，PL谱峰值约为1.310um，谱线如图9所示。两种材料(第一种应变材料和第二种应变材料)总厚度相同，以保证两种材料的光学模式增益相同。根据上述参数可知，新薄层材料(即有源层材料)的平均应变和带隙波长和原材料基本相同。
根据体材料模型、能带本征方程和光增益方程分别计算材料B(第一种应变材料)和W(第二种应变材料)的增益谱线，并使用第一种应变材料和第二种应变材料的总厚度对该增益谱线进行加权平均计算，得到有源层材料综合的TE光增益谱线及TM光增益谱线。
根据计算结果(即有源层材料综合的TE光增益谱线及TM光增益谱线)，再逐步调整每一层张应变材料的应变量和带隙宽度，使得有源层材料的TM增益谱线和TE增益谱线尽量重合，以消除有源层材料的TM增益谱线和TE增益谱线的差异。如图10所示，本申请实施例中有源层所采用的叠层材料增益谱线中TE模式和TM模式归一化后的增益谱线基本重合，两种模式的增益峰值相差很小，相比于相关技术中采用单一材料的有源层的增益谱线，TE模式和TM模式的增益谱峰值差别得到了有效的抑制。
在本申请实施例中，通过对每一层张应变材料的厚度进行调整，使得第一种应变材料和第二种应变材料的光学模式增益相同，再对每一层张应变材料的应变量和带隙宽度，使得有源层材料的TM增益谱线和TE增益谱线尽量重合，有效的解决了有源层采用单一体材料而导致的有源层增益谱线不重合的问题，使得发光二极管芯片的出光谱线质量进一步提高。
需要说明的是，本发明各实施例所记载的技术方案中各技术特征之间，在不冲突的情况下，可以任意组合。
以上所述，仅为本申请的实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和范围之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本申请的保护范围之内。
以上所述，仅为本申请的实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种发光二极管，其特征在于，至少包括：衬底、位于衬底之上且具有叠层结构的有源层、和位于所述有源层之上的其他结构层；
所述有源层由两种不同的张应变材料循环堆叠形成，其中，第一种应变材料的张应变大于第一应变阈值，第二种应变材料的张应变小于第二应变阈值；
所述第一应变阈值大于或等于所述第二应变阈值。
2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述张应变材料的带隙宽度小于预设阈值。
3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述第一种应变材料与所述第二种应变材料之间的平均应变为张应变或零应变。
4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，在光致发光光谱中，所述第一种应变材料的峰值波长，小于所述第二种应变材料的峰值波长。
5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述叠层结构中的每一层张应变材料的厚度范围为1nm至50nm；
所述第一种应变材料的总厚度与所述第二种应变材料的总厚度相同或不同。
6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于，所述张应变材料至少由In、Ga、As、P或Al构成的二元、三元或四元化合物组成。
7.一种发光二极管的形成方法，其特征在于，包括：
在衬底上形成具有叠层结构的有源层；所述有源层由两种不同的张应变材料循环堆叠形成，其中，第一种应变材料的张应变大于第一应变阈值，第二种应变材料的张应变小于第二应变阈值；所述第一应变阈值大于或等于所述第二应变阈值；
在所述有源层表面形成其他结构层，以形成所述发光二极管。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取预设的目标增益谱线；
根据所述预设的目标增益谱线，确定每一层所述张应变材料的以下至少之一：目标应变量或目标带隙宽度；
按照每一层所述张应变材料的目标应变量和/或目标带隙宽度，依次循环堆叠所述第一种应变材料和所述第一种应变材料，形成所述有源层。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述预设的目标增益谱线，确定每一层所述张应变材料的目标应变量，包括：
对每一层所述张应变材料的应变量进行调整，以获取调整后的第一种应变材料的应变量与调整后的第二种应变材料的应变量；
根据所述调整后的第一种应变材料的应变量与调整后的第二种应变材料的应变量，获取调整后的所述有源层的材料的第一增益谱线；
当所述第一增益谱线与所述预设的目标增益谱线重合时，停止对所述张应变材料的应变量进行调整，并将调整后的每一层所述张应变材料的应变量，确定为对应张应变材料的目标应变量。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述预设的目标增益谱线，确定每一层所述张应变材料的目标带隙宽度，包括：
对每一层所述张应变材料的带隙宽度进行调整，以获取调整后的第一种应变材料的带隙宽度与调整后的第二种应变材料的带隙宽度；
根据所述调整后的第一种应变材料的带隙宽度与调整后的第二种应变材料的带隙宽度，获取调整后的所述有源层的材料的第二增益谱线；
当所述第二增益谱线与预设的目标增益谱线重合时，停止对所述张应变材料的带隙宽度进行调整，并将调整后的每一层所述张应变材料的带隙宽度，确定为对应张应变材料的目标带隙宽度。
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