[发明专利]一种超辐射发光二极管外延片、外延片制备方法及芯片

说明书

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种超辐射发光二极管外延片、外延片制备方法及芯片，其中，所述超辐射发光二极管外延片的制备方法为：在衬底表面依次外延生长多层异质结构；在生长发光层时，调节生长温场沿所述衬底预设的晶向方向梯度变化，使所述发光层的厚度和组分沿所述衬底预设的晶向方向梯度变化。本发明通过调节量子阱层的生长温场沿衬底预设的晶向方向梯度变化，可实现外延片的发光波长的梯度分布，由此得到的芯片沿出光方向为多中心波长叠加，且具有波长连续性，可得到宽的平坦的光谱；同时工艺简单易行、易重复，只需一次外延生长成型，大大提高了产品的成品率和可靠性。

【技术领域】

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种超辐射发光二极管外延片、外延片制备方法及芯片。

【背景技术】

半导体超辐射发光二极管是一种光自发辐射的单程增益放大器件，其光学性能介于半导体激光器和半导体发光二极管之间。相对于半导体激光器，它具有更宽的发光光谱和更短的相干长度；相对于半导体发光二极管，它具有更高输出功率和光纤耦合效率、响应速度快、发散角小等优点，因此被广泛应用于光纤陀螺、光纤传感以及光学相干层析成像等领域。

在光纤陀螺应用中，半导体超辐射发光二极管的光相干长度能降低光纤陀螺系统中的瑞利散射强度，半导体超辐射发光二极管的光相干长度L_C＝λ²/Δλ，其中Δλ为光谱谱宽，λ为中心波长。因此一般要求超辐射发光二极管有宽的光谱谱宽。增加超辐射发光二极管光谱带宽的方法主要有改变材料生长方向上组分或厚度；或者改变出光方向的组分或厚度；以及将这两种方案组合使用。

目前实现以上方案的技术有多种：对于多量子阱层结构的超辐射发光二极管，主要技术为改变不同量子阱层的材料组分或者厚度，使各量子阱层所发光的中心波长不同，通过这些不同中心波长的光谱叠加，最终实现大功率、宽光谱的超辐射发光二极管。但由于各量子阱层的发光波长不连续，该技术方案较难获得宽的平坦光谱。通过改变出光方向组分和厚度实现宽光谱的技术主要有多电极法、SAG、多量子阱混杂技术等方法。多电极法是通过将发光区沿出光方向分成很多部分，不同部分注入不同的电流，使其对应发光的中心波长不同，从而得到宽光谱，该技术方案由于发光波长的不连续，导致较难得到宽的平坦光谱；另外使用时不同电极对应有源区部分出光衰减不一致，因此难于控制。SAG法是在衬底表面沉积介质薄膜，光刻出沉积区域和非沉积区域。通过影响衬底表面的气相浓度从而改变出光方向上外延的组分和厚度，SAG法涉及二次外延技术，工艺复杂，且产品成品率低，可靠性差，不易实施。量子阱混杂技术是通过阱垒互扩散来实现出光方向上组分的变化，该技术的缺点是同一工艺的重复性差，难以控制，导致产品成品率低。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明需要解决的技术问题是：

超辐射发光二极管一般要求宽的光谱谱宽，在传统方案中，有些方法工艺复杂、可靠性差、不易实施，产品成品率低，而有些方法由于发光波长不连续，较难得到宽的平坦光谱。

本发明通过如下技术方案达到上述目的：

第一方面，本发明提供了一种超辐射发光二极管外延片的制备方法，在衬底1表面依次外延生长多层异质结构；其中，在生长发光层4时，调节生长温场沿所述衬底1预设的晶向方向梯度变化，使所述发光层4的厚度和组分沿所述衬底1预设的晶向方向梯度变化。

优选的，所述在衬底1表面依次外延生长多层异质结构具体为：在衬底1表面依次层叠生长缓冲层2、下波导层3、发光层4、上波导层5、间隔层6以及欧姆接触层7。

优选的，所述缓冲层2、下波导层3、上波导层5、间隔层6以及欧姆接触层7的生长温场为均匀温场或非均匀温场。

优选的，所述发光层4的生长温场的梯度变化通过控制外延生长区内不同温区的温度实现，具体为：