[发明专利]一种超辐射发光二极管的制作方法及制得的发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管，具体涉及一种超辐射发光二极管的制作方法及制得的发光二极管。

背景技术

目前，量子阱超辐射发光二极管(Superluminescent Diodes,SLD)仍存在宽光谱、高输出功率等相互制约的问题。对于单量子阱或均匀多量子阱而言，增益谱线相对较窄，在正常工作的情况下谱线宽度相对较窄。另一方面，对于非均匀多量子阱SLD而言，由于不同宽度量子阱基态跃迁能量不连续，导致这种多能级的发光叠加往往造成光谱形状的不规则。

对于量子点而言，电子在三个维度上都受到限制，其具有像原子一样的态密度，采用量子点制备的光子器件具有比量子阱更优异的性能。如：具有更低的阈值、更高的特征温度和微分增益等。通常以S-K模式自组织生长的量子点材料存在本征的尺寸非均匀性，一般非均匀性不小于10％，这种不均匀对于制备激光器而言是不利的，但是对于制备宽光谱的SLD器件却是一个有利的因素。

相关的研究报道表明，具有一定尺寸分布的量子点集合具有较宽的增益谱线，尺寸非均匀性分布越大，峰的展宽程度越强、峰值下降越大、邻近峰之间的交叠越多。另一方面，量子点的尺寸分布一般满足高斯分布，不同尺寸量子点的基态与激发态能级交叠在一起，使得量子点集合的能级近似连续分布。因此，在增大注入载流子提高光谱宽度的同时，量子点基态和激发态同时贡献易于获得规则形状的光谱输出。因此，如何采用量子点来拓宽SLD的谱宽成为今后SLD发展的重要方向。

发明内容

本发明为了解决常规多量子阱SLD中宽光谱和高输出功率难以同时实现的问题，提供了一种超辐射发光二极管的制作方法。

本发明提出一种超辐射发光二极管的制作方法，该制作方法包括以下步骤：

一次外延片的生长步骤：在InP衬底片上依次生长N型InP缓冲层，InGaAsP势垒层，GaAs层，InAs量子点；重复生长上述的InGaAsP势垒层、GaAs层、InAs量子点，直至生长成多层InGaAsP势垒层/GaAs层/InAs量子点，再生长InGaAsP势垒覆盖层；最后生长InP保护层；

形成脊的步骤：对上述一次外延片沉积SiO₂介质层，光刻，刻蚀SiO₂，之后进行腐蚀，形成脊形状结构；

掩埋的步骤：在脊结构上依次生长掩埋异质结的P-InP层、掩埋的N-InP层、浓度渐变的P-InP层、P-InGaAsP层和重掺杂接触层P⁺-InGaAs层；

形成P面电极金属的步骤：在掩埋后的样品表面沉积SiO₂，光刻形成P面一次金属，刻蚀电极区域表面SiO₂，经电子束蒸发、剥离、退火后，再次光刻、电子束蒸发、剥离形成P面电极金属；

形成N面电极金属的步骤：对形成P面电极金属的样品的衬底层进行研磨减薄，电子束蒸发后形成N面电极金属，对N面和P面电极金属进行合金；

解离的步骤：将合金后的样品沿着晶向解离成巴条，从而制得1550nm超辐射发光二极管。

进一步地，所述多层InGaAsP势垒层/GaAs层/InAs量子点的每一层均为依次生长的80nm晶格匹配的InGaAsP势垒层、厚度为1-2分子层MLs的GaAs层、厚度2-3MLs且生长速率0.2ML/s的InAs量子点。

进一步地，所述多层为8层。

进一步地，N型InP缓冲层的厚度为200nm，InGaAsP势垒覆盖层的厚度为80nm，InP保护层的厚度为20nm。

进一步地，所述脊结构的脊深1.6μm，靠近出光端面的脊宽为1.9μm。

进一步地，所述脊结构包括靠近出光端面的圆弧弯曲波导和平滑过渡的直波导、起过渡作用的波导过渡区域以及宽波导区域，宽波导区域靠近背光端面。

进一步地，圆弧弯曲波导的切线方向和出光端面的法线成8度角，圆弧弯曲波导和直波导沿腔长方向的长度为400μm；波导过渡区域沿腔长方向的长度为100μm；宽波导区域沿腔长方向的长度为400μm，宽波导区域的宽度为5μm；所述超辐射发光二极管的总腔长为900μm。

进一步地，所述浓度渐变的P-InP层包括：掺杂浓度3-5×10¹⁷的P-InP层、掺杂浓度5-7×10¹⁷的P-InP层、掺杂浓度1×10¹⁸的P-InP层、掺杂浓度3-5×10¹⁸的P-InP层。