[发明专利]一种宽光谱半导体超辐射发光二极管的制作方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种宽光谱半导体超辐射发光二极管的制作方法，本发明属于光通信领域。

 

背景技术

半导体超辐射发光二极管（SLD）是一种介于普通发光二极管（LED）和激光器（LD）之间的一种器件。它是一种放大的自发辐射器件，光在波导中传播时得到单程的光增益，辐射出的光相干长度短。其输出功率可以与普通LD相比，远大于LED，同时又具有较宽的光谱。故其通常作为宽谱光源广泛的应用于光纤陀螺仪，光纤传感系统，光纤通信系统及光学测试设备中。在这些系统中通常要求超辐射发光二极管具有较宽的平坦的输出光谱。随着光纤传感系统及光纤陀螺仪等的蓬勃发展，对超辐射发光二极管的光谱特性提出了越来越高的要求。

传统的增加超辐射发光二极管光谱宽度的方法有，沿超辐射发光二极管电流注入条区方向采用多次刻蚀再外延技术生长几种不同带隙宽度的有源区材料，但该方法需要多次刻蚀及外延过程，工艺繁琐复杂，成品率低，成本高昂。第二种方法是，利用选择区域生长技术，沿超辐射发光二极管电流注入条方向放置宽度渐变的二氧化硅介质膜，利用掩膜效应，使生长出的有源区材料厚度渐变，进而引入带隙渐变的有源区材料，由于需要选区生长，工艺难度大，成品率也相对较低。第三种方案采用叠成量子阱有源区结构，沿生长平面上，有源区量子层分为不同组分或厚度的多层，分别具有不同的发光中心波长，而超辐射发光二极管的输出光谱为这些自发辐射光谱的叠加，达到增加光谱带宽的目的，但该方法有一定局限性，首先引入的叠层不可能很多，其次带隙较窄的材料会吸收带隙较宽材料的自发辐射光，降低发光强度。第四种方案亦采用量子阱混杂技术，但需要在沿电流注入条方向不同位置淀积不同厚度的二氧化硅介质膜，引入多次光刻及淀积过程，工艺复杂，且仅适用于无杂质参与空位扩散量子阱混杂效应。工艺繁琐，适用范围相对较窄，成品率低。

 

发明内容

本发明的主要目的是克服现有技术存在的技术问题，提供一种简便的宽光谱半导体超辐射发光二极管的制作方法。

本发明方法的实现原理具体如下，本发明中基于空间控制的量子阱混杂（QWI）技术被用于实现带隙宽度随空间变化的半导体材料。在量子阱混杂技术中，引入缺陷是十分关键的一步。缺陷的引入浓度直接关系到量子阱偏移的程度，其引入浓度和量子阱偏移程度几乎是成正比的。利用掩膜可以起到遮挡缺陷产生的作用。其原理可以用百叶窗的作用来解释，百叶窗类似于掩膜，而阳光类似于缺陷，控制百叶窗的开启程度，即掩膜的占空比，可以控制进入房内的阳光，即引入的总的缺陷量，房间中的明暗程度则对应了有源区得到的缺陷浓度。在量子阱混杂中经过高温退火，引入的缺陷扩散至量子阱区诱导量子阱与垒之间的混杂，实现带隙的偏移，而偏移程度取决于缺陷的扩散浓度，缺陷在向有源区深度方向扩散的同时也会发生横向方向上的扩散，如图2所示。当缺陷的横向扩散长度大于掩膜遮挡的宽度时，可以实现局部均匀的带隙偏移，而不会产生小范围内的微调制效应，其原理类似于墨水滴入水桶，当水桶很深的时候，当墨水扩散到底部时就是一样浓度的了。利用该原理，在器件不同的区域覆盖不同占空比的掩膜图形，则得到的缺陷浓度就是不同的，掩膜的占空比同预期的带隙偏移量相对应。本发明提供的基于空间控制的量子阱混杂原理示意图如图2所示，描述了缺陷扩散到量子阱区的过程以及使量子阱区缺陷量均匀的原理，亦可看作本发明中的图9退火过程的侧视图。当掩膜占空比随空间变化时，带隙偏移量也随空间变化，两者之间的关系如图5所示，量子阱混杂以后的带隙宽度等于混杂前带隙宽度减去引入的带隙偏移，通过该方法即实现了带隙宽度随空间变化的半导体材料。而能带带隙宽度与材料增益峰满足一一对应的关系，利用能带带隙宽度随空间变化的半导体材料，其增益曲线可以看做是各个区域半导体材料增益曲线的叠加，总的效果就是得到了一个包络很宽很平的增益曲线如图13所示，采用本方法可以用于实现宽谱超辐射发光二极管的制作。

本发明采用的技术方案是：

一种宽光谱半导体超辐射发光二极管的制作方法，其制作步骤具体如下：