CN2646872Y - 高耦合效率的超辐射发光二极管 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种高耦合效率的超辐射发光二极管，它由半导体衬底100上依次外延生长多层半导体材料，顺次包括缓冲层101、隔离层102、台面波导层103、有源层104、上波导层105、电极接触层106和电流注入条区，衬底下表面有金属电极109，在电流注入条区上面有上电极108，该发光二极管集成了锥形波导结构，连续地改变波导的有效折射率，使之产生锥形的分布，从而扩展模场、实现模场圆化，同时发光管的前后出光端面镀增透膜来抑制器件激射。此结构的超辐射发光二极管大大提高了与光纤耦合效率。适合于制作大功率的超辐射发光二极管。

Description

高耦合效率的超辐射发光二极管

                        技术领域

本实用新型涉及半导体异质结发光管，特别为涉及一种高耦合效率的超辐射发光二极管。

                        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。由于半导体超辐射发光管具有宽光谱带宽、光谱调制深度低、高功率等特性，在光纤陀螺、光纤通信、传感器等领域有广泛的用途。近年来已经研制出的器件结构种类很多。但这些器件都是侧重于抑制器件的反馈或拓宽器件的光谱带宽。然而，普通结构的超辐射发光管的模场分布和光纤的模场极不匹配，因此耦合效率较低，这大大阻碍了器件性能的进一步提高。使得半导体超辐射发光二极管很难同时满足大功率、低调制深度、宽光谱带宽的要求。

为解决这一问题，提出了不同的解决方法。美国专利5720893和6052397都通过集成锥形波导来优化器件的模场分布来提高器件和光纤耦合效率。但美国专利6052397方法需多次外延生长及光刻过程，工艺复杂，成品率低。而美国专利5720893则需要两次光刻腐蚀工艺来获得尖锥的锥形波导，这对器件的制作工艺的要求很高，也降低了成品率。

                        发明内容

本实用新型为了克服现有技术存在的上述不足，而提供一种超辐射发光二极管，通过集成一个锥形波导将超辐射发光管的模场圆化，使之和光纤模场相匹配，从而大大提高器件的耦合效率。

本实用新型技术方案为：一种超辐射发光二极管，它由半导体衬底100上依次外延生长多层半导体材料，顺次包括缓冲层101、隔离层102、台面波导层103、有源层104、上波导层105、电极接触层106和电流注入条区，衬底下表面有金属电极109，在电流注入条区上面有上电极108，器件的特征在于在上波导层105中集成了锥形波导结构，该锥形波导由条形区110和锥形区111构成，其中锥形区的锥尖宽度为0.2～1μm。

这种结构的超辐射发光二极管的具体制作过程为，在半导体衬底100上顺次生长缓冲层101、隔离层102、台面波导层103、有源层104、上波导层105、电极接触106，其中有源层可以由一层或多层半导体异质结构成；该器件的外延片结构可以通过MOCVD或MBE技术一次获得，然后利用光刻、腐蚀方法分两次刻出台面波导和锥形的上波导，腐蚀过程中可采用腐蚀阻挡层对台面深度进行精确控制；然后在器件表面沉积生长SiO₂或SiNx等介质膜107；然后通过光刻方法套刻出电极窗口；然后采用蒸发或溅射等方法制作上电极108；将衬底减薄，并制作下金属电极109。

为了减小发光二极管端面的反射，抑制器件激射，通常在两出光端面镀增透膜。

本实用新型另一改进，为抑制发光二极管产生激射，采用波导方向和出光端面方向设计成θ角的结构，θ角可在0°～10°之间选择。

本实用新型另一改进，为拓宽发光二极管的光谱范围，在有源层中采用多段不同自发辐射光谱波长的结构。

本实用新型另一改进，为抑制发光二极管产生激射可采用由腐蚀或用光刻剥离技术去掉部分P型电极形成吸收区。

本实用新型的特征在于该发光二极管集成了锥形波导结构，连续地改变波导的有效折射率，使之产生锥形的分布，从而扩展模场、实现模场圆化，从而大大提高了与光纤耦合效率。在本实用新型中，锥形波导的尖端宽度为0.2～1μm，因此大大减小了制作工艺的难度，只通过一次光刻就可以获得所需的锥形波导。工艺简单，有利于提高成品率。适用于多种材料体系，如InGaAsP/InP系材料、AlGaInAs/InP系材料及AlGaAs/GaAs等材料体系。

                        附图说明

图1为本实用新型的一种超辐射发光管三维结构图。

图2为波长为1.3μm超辐射发光二极管具体结构图。

图3为超辐射发光二极管的俯视图。

                      具体实施方式

结合附图进一步说明本实用新型。

下面以波长为1.3μm超辐射发光管为例来说明器件具体结构。如图2所示，器件在InP衬底201上获得。由n型的InP缓冲层202、n型的InGaAsP隔离层203、n型的InGaAsP台面波导层204、InGaAsP有源层205、p型的InGaAsP上波导层206和高掺杂的P型InGaAs接触层207构成。这种结构的超辐射发光二极管的具体制作过程为，在半导体衬底上顺次生长缓冲层、隔离层、台面波导层、有源层、上波导层、电极接触，其中有源层可以由一层或多层半导体异质结构成；该器件的外延片结构可以通过MOCVD或MBE技术一次获得，然后利用光刻、腐蚀方法分两次刻出台面波导和锥形的上波导，腐蚀过程中可采用腐蚀阻挡层对台面深度进行精确控制；然后在器件表面沉积生长SiO₂或SiNx等介质膜208；然后通过光刻方法套刻出电极窗口；然后采用蒸发或溅射等方法制作上电极209；将衬底减薄，并制作下金属电极210。为了减小端面的反射，抑制器件激射，通常还需在两出光端面镀增透膜。其中台面波导的宽度为10μm、锥形波导的条形区的宽度为2μm、锥尖宽度为0.7μm。这很大程度上减少了器件制作工艺的复杂性。通过对器件波导结构的优化，可以将器件的模场分布圆化，如图二所示，和脊宽度2μm的普通脊波导器件的模场分布相比，采用锥形波导结构的器件的模场更为圆对称，因此和普通结构的SLED器件相比耦合效率有很大的提高。所以本实用新型可以大大提高了器件的发光效率。有很强应用价值。

Claims (3)

1、一种超辐射发光二极管，它由半导体衬底(100)上依次外延生长多层半导体材料，顺次包括缓冲层(101)、隔离层(102)、台面波导层(103)、有源层(104)、上波导层(105)、电极接触层(106)和电流注入区，衬底下表面有金属电极(109)，在电流注入区上面有上电极(108)，其特征在于在上波导层(105)中集成了锥形波导结构，该锥形波导由条形区(110)和锥形区(111)构成，其中锥形区的锥尖宽度为0.2～1μm。

2、根据权利要求1所述的超辐射发光二极管，其特征在于在发光二极管的两出光端面镀增透膜。

3、根据权利要求1所述的超辐射发光二极管，其特征在于在波导方向和出光端面方向成θ角，θ角的范围在0°～10°。

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