一种超辐射发光二极管芯片的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种发光二极管芯片，特别涉及一种超辐射发光二极管芯片。
【背景技术】
[0002]超福射发光二极管(Superluminescent D1des，SLD)是一种宽光谱、弱时间相干性、高输出功率、高效率的半导体光发射器件，其光学性质介于半导体激光器LD和发光二极管LED之间，具有比LD更宽的发光光谱和更短的相干长度，同时比LED具有更高的输出功率，其主要优点是宽光谱、大的输出功率；被广泛应用在光纤陀螺、光纤传感、光学相干层析等领域。
[0003]在高精度的光纤陀螺和光纤传感器件应用领域，SLD除了高输出功率、宽光谱之夕卜，其偏振不敏感的特性是至关重要的。另一方面大的出光功率可以提高SLD应用系统的精度和灵敏度，特别是应用在光纤陀螺领域可以显著提高系统的信噪比。然而，对于SLD器件自身来说，其发光的TE模式和TM模式间的功率相差较大，对于常规的体材料有源区，TE/TM的功率在3/1以上；对于常规的压应变量子阱有源区，TE/TM的功率在10/1以上。因此在实际应用过程中通常要额外采用保偏光纤或者是其他偏振控制器件，这使得器件应用的成本增加、系统体积增大，不利于集成。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种低偏振、高输出功率、低光谱波纹的超福射发光二极管芯片。
[0005]本实用新型提出了一种超辐射发光二极管芯片，该超辐射发光二极管芯片包括:一次外延结构和二次外延结构，其中一次外延结构包括N-1nP衬底，以及在N-1nP衬底上依次生长的N-1nP缓冲层、InGaAsP下分别限制层、有源层、InGaAsP上分别限制层和P-1nP覆盖层；该一次外延结构为沿晶向形成的脊形状，所述脊沿晶向的垂直方向分为三个区域:圆弧形弯曲波导区域和直脊波导区域以及喇叭形波导区域，其中，靠近出光端面的是圆弧形弯曲波导区域，连接圆弧形弯曲波导区域的是平滑过渡的直脊波导区域，直脊波导区域之后连接的是喇叭形波导区域，喇叭形波导区域靠近背光端面；二次外延结构包括在所述一次外延结构的脊两侧的底部表面依次生长的作为电流阻挡层的P-1nP层和N-1nP层，以及形成在电流阻挡层和脊顶部表面的的P-1nP、P-1nGaAsP和P+-1nGaAs层。
[0006]优选地，所述N-1nP缓冲层的厚度为I μπι，所述InGaAsP下分别限制层的厚度为80nm，所述有源层为3个张应变为1.1 %和2个压应变为1.2 %的InGaAsP量子阱，张应变和压应变的厚度分别是1nm和5nm，其PL峰值波长都为1300nm，皇为15nm厚；所述InGaAsP上分别限制层的厚度为80nm，所述P-1nP覆盖层的厚度为20nm。
[0007]更优选地，所述脊深为1.6 μ m，靠近出光端面的脊宽为1.8 μ m。
[0008]优选地，所述圆弧形弯曲波导区域和直脊波导区域沿着腔长方向的长度为350 μπι ;所述喇叭形波导区域沿着腔长方向的长度为400 μπι。
[0009]优选地，所述P-1nP层的厚度为500nm，所述N-1nP层的厚度为500nm。
[0010]优选地，所述P-1nP、P-1nGaAsP 和 P+-1nGaAs 层中 P-1nP 的厚度为 I μ m，P-1nGaAsP的厚度为200nm，P+-1nGaAs的厚度为200nmo
[0011]优选地，所述喇叭形波导区域分成喇叭形光放大区域、隔离区以及反向偏压区。
[0012]更优选地，所述隔离区的宽度为10 μπι，喇叭形光放大区域的宽度为310 μπι，所述反向偏压区的宽度为80 μπι。
[0013]优选地，所述出光端面和背光端面分别蒸镀光学增透膜和高反射膜。
[0014]更优选地，所述光学增透膜和高反射膜的反射率分别为0.5%和90%。
[0015]本实用新型的有益效果:本实用新型采用混合应变量子阱并结合优化的波导结构，以及对外延片进行脊腐蚀和掩埋，来制备掩埋异质结结构超辐射发光二极管芯片，具有如下特点:1.有源区采用压应变和张应变混合的量子阱来实现芯片输出的偏振不敏感；2.靠近背光面的脊采用喇叭形结构，用来提高有源区的体积，从而提高输出功率；同时在背光面一侧的喇叭形波导上刻蚀形成隔离区，通过反向偏压的调控可以实现光谱低的波纹。因此，本实用新型通过采用圆弧形弯曲的波导，降低了对出光端面镀膜的要求，同时结合反向偏置区进一步降低了芯片光谱的波纹；通过张应变和压应变应力来控制芯片输出的TE/TM模式比例，来降低偏振度；另一方面采用掩埋结构能在横向上限制载流子和光场，降低芯片横向发散角，提高耦合效率和出光功率，同时结合喇叭形的宽有源区来进一步提高有源区体积、提高输出。本实用新型制备的芯片具有低偏振、高输出功率、低光谱波纹的特点。
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型SLD —次外延片的结构。
[0017]图2是本实用新型SLD芯片的结构。
[0018]图3是本实用新型SLD芯片的制备方法流程图。
【具体实施方式】
[0019]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本实用新型并不局限于附图和以下实施例。
[0020]本实用新型涉及一种超辐射发光二极管芯片，该超辐射发光二极管芯片包括:一次外延结构和二次外延结构。
[0021]其中一次外延结构如图1所示，包括N-1nP衬底1，以及在N-1nP衬底I上依次生长厚度为I μπι的N-1nP缓冲层2、厚度为80nm的InGaAsP下分别限制层3、有源层4、厚度为80nm的InGaAsP上分别限制层5和厚度为20nm的P-1nP覆盖层6。所述有源层4为3个张应变为1.1 %和2个压应变为1.2%的InGaAsP量子阱，张应变和压应变的厚度分别是1nm和5nm，其PL峰值波长都为1300nm，皇为15nm厚。
[0022]该一次外延结构为沿着晶向形成的脊形状，如图2所示，所述脊的底部可以延伸到N-1nP衬底I。优选地，所述脊深为1.6 μm，靠近出光端面14的脊宽为1.8 μπι。
[0023]所述脊沿晶向的垂直方向分为三个区域:圆弧形弯曲波导区域和直脊波导区域7以及喇叭形波导区域，其中，靠近出光端面14的是圆弧形弯曲波导区域，所述圆弧形弯曲波导区域与出光端面的夹角为80-82度；连接圆弧形弯曲波导区域的是平滑过渡的直脊波导区域，所述圆弧形弯曲波导区域和直脊波导区域沿着腔长方向的长度为350 μπι;直脊波导区域之后连接的是喇叭形波导区域，喇叭形波导区域靠近背光端面15，所述喇叭形波导区域沿着腔长方向的长度为400 μ m，喇叭锥角为10度。
[0024]二次外延结构包括在所述一次外延结构的脊两侧的底部表面依次生长厚度为500nm的P-1nP层11和厚度为500nm的N-1nP层12，作为电流阻挡层；以及形成在电流阻挡层和脊顶部表面的的P-1nP、P-1nGaAsP和P+-1nGaAs层13。所述P-1nP、P-1nGaAsP和P+-1nGaAs层中P-1nP的厚度为I μπι，P-1nGaAsP的厚度为200nm，P+-1nGaAs的厚度为200nmo
[0025]在完成二次外延生长的样品表面沉积S12，在喇叭形波导区域光刻形成隔离区形状，采用RIE工艺刻蚀隔离区表面的S12，采用湿法腐蚀去除隔离区表面的P+-1nGaAs层，形成隔离区9，从而将喇叭形波导区域分成喇叭形光放大区域8、隔离区9以及反向偏压区10。所述隔离区9的宽度为10 μ m，喇叭形光放大区域8的宽度为310 μ m，所述反向偏压区10的宽度为80 μπι。
[0026]采用电子束蒸发对芯片的出光端面14和背光端面15蒸镀光学增透膜和高反射膜，所述光学增透膜和高反射膜的反射率分别为0.5%和90%。