1.本发明涉及超辐射发光二极管技术领域，尤其涉及一种三态发光量子点超辐射发光二极管及其制造方法。
背景技术：2.超辐射发光管(sld)是一种利用放大自发辐射的非相干光源，它兼具了激光器的大功率和发光二极管的宽光谱特性，同时具有弱时间相干性和高光纤耦合效率，是一些非相干光学系统(如光学相干层析成像系统oct)的理想光源。目前，oct系统的主要光源是近红外量子阱超辐射发光管，但这类光源往往存在高功率和宽光谱相互制约的问题，不能很好地满足oct系统的要求，导致成像分辨率差，精细结构不能充分显示出来。另外，由于生物组织对较短波长具有强散射，该技术目前探测深度较小，仅有1-2mm。所以，研制同时具有大功率和宽光谱特性的近红外超辐射发光管是提高oct技术分辨率和探测深度的一个关键因素。
3.为了提高量子阱超辐射发光二极管(qw-slds)的性能，人们采用了各种方法，比如使用啁啾量子阱结构，或者结合量子阱结构的高阶跃迁发射，然而，非对称多量子阱结构中的载流子分布和光子重吸收仍然是上述器件的问题。量子点材料由于本征的非均匀展宽有望打破输出功率与半高宽的制约，由于量子点的基态饱和增益较低，因此量子点的基态发光可以在较低的注入电流下达到其饱和功率，与量子阱超辐射发光二极管相比，量子点的激发态发光容易发生。虽然量子点超辐射发光管(qd-sled)已经取得了重大进展，但量子点超辐射发光管的光谱发射都局限于量子点的基态或基态和第一激发态。
技术实现要素：4.本发明的其中一个目的是提供一种三态发光量子点超辐射发光二极管，能够同时具有高功率和宽光谱的特性，能够良好的适用于oct系统等非相干光学系统。
5.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种三态发光量子点超辐射发光二极管，包括巴条，所述巴条包括从下到上依次设置的n-gaas衬底层、n-gaas缓冲层、n-algaas下包层、gaas下波导层、in(ga)as量子点有源区、gaas上波导层、p-algaas上包层、p
+-gaas欧姆接触层；
6.所述巴条的顶面设置有与巴条中心面倾斜相交的脊型波导；
7.所述巴条的前腔面设置有中心波长为1000nm的zro2增透膜涂层；所述巴条的后腔面设置有若干对中心波长为880nm的ta2o5/sio2高反射涂层。
8.较佳的，所述脊型波导的宽度为8μm。
9.较佳的，所述脊型波导与巴条中心面的夹角为7
°
。
10.本发明的另一个目的是提供一种三态发光量子点超辐射发光二极管制作方法，用于上述三态发光量子点超辐射发光二极管的制作。
11.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种三态发光量子点超
辐射发光二极管制造方法，包括以下步骤：
12.步骤s1,外延结构生长：在n-gaas衬底层上n-gaas缓冲层、n-algaas下包层、gaas下波导层、in(ga)as量子点有源区、gaas上波导层、p-algaas上包层、p
+-gaas欧姆接触层，形成外延片；
13.步骤s2，脊型波导蚀刻加工：在外延片表面沉积氧化硅介质层，光刻形成脊型波导图形，采用干法刻蚀对脊型波导进行刻蚀，刻蚀至距离有源区200nm处；在外延片表面再次生长氧化硅绝缘层；
14.步骤s3，电极加工；在脊型波导表面开孔，蒸发p面金属，减薄抛光、蒸发n面金属，合金形成欧姆接触；
15.步骤s4，光学镀膜加工：对外延片解离，得到巴条，在巴条的前腔面蒸镀zro2增透膜涂层；在巴条的后腔面蒸镀ta2o5/sio2高反射涂层。
附图说明
16.构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
17.图1是巴条层结构示意图。
18.图2是三态发光量子点超辐射发光二极管的结构示意图。
19.图3是三态发光量子点超辐射发光二极管的俯视图。
20.图4是zro2增透膜涂层以及ta2o5/sio2高反射涂层的反射率模拟图。
21.图5是三态发光量子点超辐射发光二极管的光学特性曲线图。
22.其中：1、n-gaas衬底层；2、n-gaas缓冲层；3、n-algaas下包层；4、gaas下波导层；5、in(ga)as量子点有源区；6、gaas上波导层；7、p-algaas上包层；8、p
+-gaas欧姆接触层；9、脊型波导；100、zro2增透膜涂层；200、ta2o5/sio2高反射涂层。
具体实施方式
23.以下结合附图对本发明作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
24.实施例1：
25.一种三态发光量子点超辐射发光二极管，以下简称量子点超辐射发光二极管，参照图1至图3，包括巴条，巴条包括从下到上依次设置的n-gaas衬底层1、n-gaas缓冲层2、n-algaas下包层3、gaas下波导层4、in(ga)as量子点有源区5、gaas上波导层6、p-algaas上包层7、p
+-gaas欧姆接触层8。其中，in(ga)as量子点有源区5采用5层(不限于5层)inas量子点材料层；每层inas量子点材料层包括2ml inas以及覆盖在其上部的5mlin
0.18
ga
0.82
as应变缓冲层。巴条的顶面设置有与巴条中心面倾斜相交的脊型波导9；脊型波导9的宽度w为8μm。脊型波导9与巴条中心面的夹角θ为7
°
。巴条的前腔面设置有中心波长为1000nm的zro2增透膜涂层100；巴条的后腔面设置有若干对中心波长为880nm的ta2o5/sio2高反射涂层200。
26.图4是zro2增透膜涂层以及ta2o5/sio2高反射涂层的反射率模拟图。通过对zro2增
透膜涂层100以及ta2o5/sio2高反射涂层200的反射率进行模拟，图4中(a)为zro2增透膜涂层100的反射率曲线图，图4中(b)是ta2o5/sio2高反射涂层的反射率曲线图。由图4可以看出，ta2o5/sio2高反射涂层的第二激发态和第一激发态的反射率分别为90％和43％左右，而基态反射率仅为4％；zro2增透膜涂层100对所有量子点发射能级反射率为5％左右。
27.将量子点超辐射发光二极管置于铜热沉上，并在室温连续电流注入下对其输出特性进行测试。图5是测得的量子点超辐射发光二极管的光学特性曲线图。其中图5中(a)为量子点超辐射发光管发光光谱图，(b)为输入电源的功率-电流曲线图。由图4可以看出，在100ma的驱动电流下，电致发光光谱中可以看到发光谱峰位在1066nm处，此发光峰对应为量子点的基态发光。随着驱动电流从1000ma增加至1500ma，可以在电致发光光谱中看到位于1032nm的第二个发光峰，此发光峰对应量子点的第一激发态发光。进一步增加驱动电流，在保持量子点基态和第一激发态发光的同时，可以看到电致发光光谱在988nm出现第三个发光峰，对应量子点的激发态。这是基于量子点材料首次实现三态同时发光的超辐射发光二级管。因为量子点激发态的简并度较大，因此从图5(b)的p-i曲线可以看出，随着第二激发态的发光，斜率效率增加，输出功率最高可达40mw。三态同时发光的超辐射发光二级管使得发光光谱较宽的前提下(半高宽91nm)，具有较大的连续输出功率(40mw)。
28.本实施例的具体实施例原理为：
29.对于量子点材料而言，其内部载流子具有三维量子限制效应，因此被称为人造原子，从而具有分立能级的独特性质。因此，量子点材料的基态(基态)，第一激发态(第一激发态)和第二激发态(第二激发态)具有不同的能级简并度，分别为2，4，8。对于传统的超辐射发光二极管器件，一般是基态或者基态+第一激发态的发光，而第二激发态没有参与发光，主要的原因是电注入载流子首先会弛豫至量子点基态复合发光，第一激发态和第二激发态的载流子缓慢积累，但是如果基态或者第一激发态的载流子数增加至满足激射阈值时，注入载流子大部分会通过受激辐射复合，而不会继续在第二激发态能级上累积。
30.对于量子点结构，电注入载流子首先被浸润层捕获，然后弛豫到量子点高能级激发态。由于三维载流子限制效应，点内能级为类原子的分立能级，而且高能级具有更高的简并度。载流子首先弛豫到能级最低的基态辐射复合，随着注入的增加载流子在激发态也会缓慢的积累，而且当点内的载流子弛豫速率较慢时，激发态的载流子积累会逐渐增多。但是为了保证激发态能级载流子能够持续积累的前提就是基态能级不能出现激射，因为激射复合速率很高，载流子很难持续留在激发态。为了实现多能级发光的首要前提就是保证量子点基态时刻处于非激射状态，而且为了能够多态同时发光，降低激发态进入超辐射状态所需的载流子数也是至关重要的。因此通过在巴条的前腔面设置有中心波长为1000nm的zro2增透膜涂层100；巴条的后腔面设置有若干对中心波长为880nm的ta2o5/sio2高反射涂层200，使态波段低反射率在第一激发态波段有较高反射率，在第二激发态波段有更高反射率，进而实现超辐射发光二极管，能够同时具有高功率和宽光谱的特性。
31.实施例2：
32.一种三态发光量子点超辐射发光二极管制造方法，包括以下步骤：
33.步骤s1,外延结构生长：在n-gaas衬底层上，采用由固体源分子束外延(mbe)反应器按晶体生长方向依次外延生长n-gaas缓冲层、n-algaas下包层、gaas下波导层、in(ga)as量子点有源区、gaas上波导层、p-algaas上包层、p
+-gaas欧姆接触层，形成外延片。
34.步骤s2，脊型波导蚀刻加工：在外延片表面沉积氧化硅介质层，通过紫外光刻技术制备得到脊型波导的掩膜图形，随后采用干法刻蚀结合湿法腐蚀的方法刻蚀至距离有源区200nm处，制备得到8μm宽的脊型波导结构；在外延片表面再次生长氧化硅绝缘层；
35.步骤s3，电极加工；通过紫外光刻和反应离子刻蚀(rie)在脊的顶部制作电接触窗口；通过电子束蒸发技术在蒸镀器件的p面电接触电极(比如，ti/au)，然后将衬底减薄抛光至110μm左右以最小化自热效应，并在器件的背面采用电子束蒸发蒸镀n面电接触电极(比如，ni/auge/ni/au)，随后在氮气氛围中400℃下合金化60秒形成欧姆接触。电子束蒸发沉积ti/au顶部接触电极，然后将衬底减薄至110μm左右以最小化自热效应，并在晶片背面沉积ni/auge/ni/au。然后在氮气氛围中400℃下合金化60秒。
36.步骤s4，光学镀膜加工：对外延片解离，得到巴条，在巴条的前腔面蒸镀zro2增透膜涂层；在巴条的后腔面蒸镀ta2o5/sio2高反射涂层。
37.虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。