專利名稱：一種低波紋系數(shù)半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種低波紋系數(shù)半導(dǎo)體 超輻射發(fā)光二極管的制備方法。
背景技術(shù)：
超輻射發(fā)光二極管是一種光學(xué)性能介于發(fā)光二極管和激光器之間的半導(dǎo)體發(fā)光 器件，它的主要特點(diǎn)是既具布激光器尾纖輸出功率高的優(yōu)點(diǎn)，義具有發(fā)光二極管光譜寬和 波紋系數(shù)小的優(yōu)點(diǎn)，基于它的這些特殊光學(xué)性質(zhì)，可以廣泛應(yīng)用在國(guó)防上有重要意義的光 纖陀螺技術(shù)中，成為下一代精確慣性制導(dǎo)的核心元器件。為了進(jìn)一步提高光纖陀螺的信噪比，中高精度光纖陀螺通常選擇高的尾纖輸出功 率、低波紋系數(shù)和寬光譜寬度的超輻射發(fā)光二極管來(lái)作光源。因此，要實(shí)現(xiàn)以上高性能的 超輻射發(fā)光二極管的要求，外延器件結(jié)構(gòu)必須具備實(shí)現(xiàn)高性能的半導(dǎo)體激光器性能，在高 性能的外延半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)最大限度抑制器件腔面反射來(lái)實(shí)現(xiàn)超輻射的性 能，而超輻射發(fā)光二極管的波紋系數(shù)大小是衡量這種抑制效果的技術(shù)指標(biāo)。為抑制器件的激射，減少器件的波紋系數(shù)，很容易想到的直觀辦法是在半導(dǎo)體激 光器的腔面蒸鍍高透過(guò)率的增透膜。經(jīng)驗(yàn)表明，要實(shí)現(xiàn)波紋系數(shù)小于等于0. 2dB的較高技 術(shù)指標(biāo)，該種增透膜的剩余反射率應(yīng)在0. 001 %以下。制備這樣的增透膜難度很大，它不僅 要求設(shè)備對(duì)膜厚和膜的生長(zhǎng)過(guò)程有很好的控制手段，而且對(duì)膜料的純度等特性也有嚴(yán)格的 要求，另外，對(duì)制備光學(xué)膜工藝提出很高的要求，制備的光學(xué)膜致密性好，光學(xué)膜性能穩(wěn)定， 不受各種惡劣環(huán)境的影響等?，F(xiàn)在的鍍膜工藝技術(shù)能達(dá)到這些要求，但成本要求很高、技術(shù) 難度也高、重復(fù)性相對(duì)較差，因此，采用僅依賴高精度鍍膜技術(shù)抑制腔面光反潰的技術(shù)方案 并沒(méi)有得到很好的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種低波紋系數(shù)半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管 的制備方法。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種低波紋系數(shù)半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管的制備 方法，該方法采用斜三角形吸收區(qū)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)結(jié)合前后腔面淀積超低反射率的光學(xué)增透 膜，實(shí)現(xiàn)低波紋系數(shù)半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管的制備，具體包括在InP襯底上外延生長(zhǎng)器件的有源結(jié)構(gòu)；在有源結(jié)構(gòu)上淀積生長(zhǎng)一層二氧化硅；在該二氧化硅上光刻并腐蝕出增益區(qū)+斜三角形吸收區(qū)的波導(dǎo)圖形，再通過(guò)濕法 腐蝕技術(shù)實(shí)現(xiàn)該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；在該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上依次淀積生長(zhǎng)P-InP和N^nP電流限制層，直至其臺(tái)面與波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的臺(tái)面平齊，并腐蝕掉該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上的二氧化硅；淀積生長(zhǎng)高摻雜的歐姆接觸層，在歐姆接觸層上淀積生長(zhǎng)一層二氧化硅掩膜，然 后制備吸收區(qū)；采用物理氣相淀積的方法，實(shí)現(xiàn)特殊金屬化的電極；將得到的外延片解理成管芯，在管芯的兩端面進(jìn)行鍍膜，形成低波紋系數(shù)的半導(dǎo) 體超輻射發(fā)光二極管。上述方案中，所述在InP襯底上外延生長(zhǎng)器件的有源結(jié)構(gòu)，采用金屬有機(jī)化學(xué)氣 相淀積外延方法實(shí)現(xiàn)，該有源結(jié)構(gòu)包括緩沖層和有源層。上述方案中，所述在有源結(jié)構(gòu)上淀積生長(zhǎng)一層二氧化硅采用化學(xué)氣相淀積方法實(shí) 現(xiàn)，該二氧化硅的厚度為60nm 300nm。上述方案中，所述在二氧化硅上光刻并腐蝕出增益區(qū)+斜三角形吸收區(qū)的波導(dǎo)圖 形，該圖形一側(cè)設(shè)計(jì)為條形波導(dǎo)增益區(qū)；另一側(cè)設(shè)計(jì)為斜三角形的波導(dǎo)吸收區(qū)。上述方案中，所述條形波導(dǎo)增益區(qū)W彡Ιμπι，L = 100 2000 μ m。上述方案中，所述斜三角形的波導(dǎo)吸收區(qū)的總長(zhǎng)度為100 800 μ m，三角形各邊 與其對(duì)應(yīng)的腔面之間的夾角均為3 20°。 上述方案中，所述在該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上依次淀積生長(zhǎng)P-InP和N-InP電流限制層，采用 金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積外延方法實(shí)現(xiàn)。上述方案中，所述淀積生長(zhǎng)高摻雜的歐姆接觸層，在歐姆接觸層上淀積生長(zhǎng)一層 二氧化硅掩膜，然后制備吸收區(qū)，包括采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積外延方法淀積生長(zhǎng)高 摻雜的歐姆接觸層，采用化學(xué)氣相淀積方法在歐姆接觸層上淀積生長(zhǎng)一層二氧化硅掩膜， 然后制備吸收區(qū)；制備吸收區(qū)采用兩種方法實(shí)現(xiàn)一種方法是直接腐蝕掉增益區(qū)上方的掩 膜，確保掩膜層覆蓋整個(gè)吸收區(qū)；另一種是通過(guò)光刻技術(shù)，先光刻腐蝕出覆蓋整個(gè)增益區(qū)的 掩膜圖形，再濕法腐蝕掉整個(gè)吸收區(qū)上方的歐姆接觸層，使吸收區(qū)變?yōu)椤案咦鑵^(qū)”，最后腐蝕 掉其余的二氧化硅掩膜層。上述方案中，所述在管芯的兩端面進(jìn)行鍍膜，是在管芯的前后腔面分別蒸鍍超低 反射率的光學(xué)增透膜。上述方案中，所述形成的低波紋系數(shù)的半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管，是波長(zhǎng)在 1000 ieOOnm范圍內(nèi)的半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果1、在波導(dǎo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，本發(fā)明采用“斜三角形吸收區(qū)”的波導(dǎo)形式。其中，“斜三角 形吸收區(qū)”的特點(diǎn)是它的三條邊與對(duì)應(yīng)腔面之間均保持一定的夾角，這樣可以有效提高光 透射率；另外，斜腔的結(jié)構(gòu)也可以有效抑制受激振蕩，減少腔面的光反饋。2、在膜系設(shè)計(jì)上，本發(fā)明采用兩層膜系結(jié)構(gòu)的低反射率光譜區(qū)帶寬、膜料的折射 率偏差和厚度偏差對(duì)膜系剩余反射率的影響程度均好于三層膜系對(duì)稱結(jié)構(gòu)，而且其工藝制 備時(shí)的允差較大，有利于實(shí)現(xiàn)精確監(jiān)控。3、本發(fā)明提供的這種制作低波紋系數(shù)的半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管方法，工藝相對(duì) 簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)成本較低，具有工藝合理性。


圖1是低波紋系數(shù)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是“斜三角形吸收區(qū)”波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是依照本發(fā)明實(shí)施的制作低波紋系數(shù)的半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管的工藝流 程圖；其中(1)——N-InP 緩沖層(2)——InGaAsP 有源層(3)——PHnP 限制層(4)——Ν-hP 限制層(5)——P-InGaAs/InP 歐姆接觸層(6)——N面電極(7)——P面電極(8)——“斜三角形”吸收區(qū)
(9)——腔面光學(xué)增透膜。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，為了實(shí)現(xiàn)低波紋系數(shù)，必須最大限度地降低腔面光反饋，本發(fā)明采取的主要手段如下1、“斜三角形吸收區(qū)”的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)首先采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積(MOCVD)外延技術(shù)，在InP襯底上外延生長(zhǎng)管芯 的有源結(jié)構(gòu)，包括N-InP緩沖層和有源層等。其次采用化學(xué)氣相淀積方法，在有源結(jié)構(gòu)上生長(zhǎng)一層二氧化硅掩膜，通過(guò)光刻技 術(shù)在掩膜上光刻腐蝕出一側(cè)是條形波導(dǎo)增益區(qū)，另一側(cè)是“斜三角形”波導(dǎo)吸收區(qū)的二氧化 硅圖形(如圖2所示)。通過(guò)計(jì)算波導(dǎo)折射率差，三角形的各條邊與其對(duì)應(yīng)腔面之間的夾角一般取3 20°，連接增益區(qū)的兩條斜邊與對(duì)應(yīng)條形波導(dǎo)邊之間的夾角彡160°。然后，通過(guò)濕法腐蝕技術(shù)腐蝕未被掩膜覆蓋的有源層來(lái)實(shí)現(xiàn)該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中增 益區(qū)W彡1 μ m，L = 100 2000 μ m ；吸收區(qū)總長(zhǎng)度為100 800 μ m。最后，采用化學(xué)氣相淀積方法，在歐姆接觸層上生長(zhǎng)一層二氧化硅掩膜層，這里可 采用兩種方案達(dá)到制備吸收區(qū)的目的一種是直接腐蝕掉增益區(qū)上方的掩膜層，確保掩膜 層覆蓋整個(gè)吸收區(qū)；另一種是通過(guò)光刻技術(shù)，先光刻腐蝕出覆蓋整個(gè)增益區(qū)的掩膜圖形，再 濕法腐蝕掉整個(gè)吸收區(qū)上方的歐姆接觸層，使吸收區(qū)變?yōu)椤案咦鑵^(qū)”，最后腐蝕掉其余的二 氧化硅掩膜層。 2、高質(zhì)量腔面光學(xué)增透膜技術(shù)該技術(shù)包括腔面光學(xué)膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，高可靠性的淀積工藝、高精度的控制手 段等方面1)在腔面光學(xué)膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，采用兩層膜系結(jié)構(gòu)方案。
2)在腔面光學(xué)膜淀積過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)高致密性的穩(wěn)定光學(xué)膜，采用電子束蒸發(fā) 和離子輔助技術(shù)。3)在光學(xué)膜膜厚控制手段上，采用石英晶體和光學(xué)膜厚控制儀的綜合控制的方式 實(shí)現(xiàn)?；谏鲜鰧?shí)現(xiàn)原理，本發(fā)明提供的這種低波紋系數(shù)半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管的制 備方法，采用斜三角形吸收區(qū)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)結(jié)合前后腔面淀積超低反射率的光學(xué)增透膜，實(shí) 現(xiàn)低波紋系數(shù)半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管的制備，如圖3所示，該方法具體包括步驟1 采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積外延方法，在InP襯底上外延生長(zhǎng)器件的有源 結(jié)構(gòu)，該有源結(jié)構(gòu)包括緩沖層和有源層；步驟2 采用化學(xué)氣相淀積方法在有源結(jié)構(gòu)上淀積生長(zhǎng)一層二氧化硅，該二氧化 硅的厚度為60nm 300nm ；步驟3 在該二氧化硅上光刻并腐蝕出增益區(qū)+斜三角形吸收區(qū)的波導(dǎo)圖形(如 圖2所示)，該圖形一側(cè)設(shè)計(jì)為條形波導(dǎo)增益區(qū)，另一側(cè)設(shè)計(jì)為斜三角形的波導(dǎo)吸收區(qū)，條 形波導(dǎo)增益區(qū)W彡Ιμπι，L = 100 2000 μ m，斜三角形的波導(dǎo)吸收區(qū)的總長(zhǎng)度為100 800 μ m，三角形各邊與其對(duì)應(yīng)的腔面之間的夾角均為3 20° ；然后再通過(guò)濕法腐蝕技術(shù) 實(shí)現(xiàn)該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；步驟4:采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積外延方法在該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上依次淀積生長(zhǎng) P-InP和N-^iP電流限制層，直至其臺(tái)面與波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的臺(tái)面平齊，并腐蝕掉該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上的
二氧化硅；步驟5 淀積生長(zhǎng)高摻雜的歐姆接觸層，在歐姆接觸層上淀積生長(zhǎng)一層二氧化硅 掩膜，然后制備吸收區(qū)；具體包括采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積外延方法淀積生長(zhǎng)高摻雜 的歐姆接觸層，采用化學(xué)氣相淀積方法在歐姆接觸層上淀積生長(zhǎng)一層二氧化硅掩膜，然后 制備吸收區(qū)；制備吸收區(qū)采用兩種方法實(shí)現(xiàn)一種方法是直接腐蝕掉增益區(qū)上方的掩膜， 確保掩膜層覆蓋整個(gè)吸收區(qū)；另一種是通過(guò)光刻技術(shù)，先光刻腐蝕出覆蓋整個(gè)增益區(qū)的掩 膜圖形，再濕法腐蝕掉整個(gè)吸收區(qū)上方的歐姆接觸層，使吸收區(qū)變?yōu)椤案咦鑵^(qū)”，最后腐蝕掉 其余的二氧化硅掩膜層。步驟6 采用物理氣相淀積的方法，實(shí)現(xiàn)特殊金屬化的電極；步驟7 將得到的外延片解理成管芯，在管芯的兩端面進(jìn)行鍍膜，形成低波紋系數(shù) 的半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管；其中，在管芯的兩端面進(jìn)行鍍膜，是在管芯的前后腔面分別蒸鍍超低反射率的光 學(xué)增透膜；形成的低波紋系數(shù)的半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管是波長(zhǎng)在1000 ieoonm范圍內(nèi) 的半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種低波紋系數(shù)半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于，該方法采用斜 三角形吸收區(qū)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)結(jié)合前后腔面淀積超低反射率的光學(xué)增透膜，實(shí)現(xiàn)低波紋系數(shù)半 導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管的制備，具體包括在InP襯底上外延生長(zhǎng)器件的有源結(jié)構(gòu)；在有源結(jié)構(gòu)上淀積生長(zhǎng)一層二氧化硅；在該二氧化硅上光刻并腐蝕出增益區(qū)+斜三角形吸收區(qū)的波導(dǎo)圖形，再通過(guò)濕法腐蝕 技術(shù)實(shí)現(xiàn)該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；在該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上依次淀積生長(zhǎng)P-InP和N-^P電流限制層，直至其臺(tái)面與波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的 臺(tái)面平齊，并腐蝕掉該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上的二氧化硅；淀積生長(zhǎng)高摻雜的歐姆接觸層，在歐姆接觸層上淀積生長(zhǎng)一層二氧化硅掩膜，然后制 備吸收區(qū)；采用物理氣相淀積的方法，實(shí)現(xiàn)特殊金屬化的電極；將得到的外延片解理成管芯，在管芯的兩端面進(jìn)行鍍膜，形成低波紋系數(shù)的半導(dǎo)體超 輻射發(fā)光二極管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低波紋系數(shù)半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管的制備方法，其特征在 于，所述在InP襯底上外延生長(zhǎng)器件的有源結(jié)構(gòu)，采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積外延方法實(shí) 現(xiàn)，該有源結(jié)構(gòu)包括緩沖層和有源層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低波紋系數(shù)半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管的制備方法，其特征在 于，所述在有源結(jié)構(gòu)上淀積生長(zhǎng)一層二氧化硅采用化學(xué)氣相淀積方法實(shí)現(xiàn)，該二氧化硅的 厚度為60nm 300nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低波紋系數(shù)半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管的制備方法，其特征在 于，所述在二氧化硅上光刻并腐蝕出增益區(qū)+斜三角形吸收區(qū)的波導(dǎo)圖形，該圖形一側(cè)設(shè) 計(jì)為條形波導(dǎo)增益區(qū)；另一側(cè)設(shè)計(jì)為斜三角形的波導(dǎo)吸收區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低波紋系數(shù)半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管的制備方法，其特征在 于，所述條形波導(dǎo)增益區(qū)W彡1 μ m，L = 100 2000 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低波紋系數(shù)半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管的制備方法，其特征在 于，所述斜三角形的波導(dǎo)吸收區(qū)的總長(zhǎng)度為100 800 μ m，三角形各邊與其對(duì)應(yīng)的腔面之 間的夾角均為3 20°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低波紋系數(shù)半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管的制備方法，其特征在 于，所述在該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)上依次淀積生長(zhǎng)P-InP和N-InP電流限制層，采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相 淀積外延方法實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低波紋系數(shù)半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管的制備方法，其特征在 于，所述淀積生長(zhǎng)高摻雜的歐姆接觸層，在歐姆接觸層上淀積生長(zhǎng)一層二氧化硅掩膜，然后 制備吸收區(qū)，包括采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積外延方法淀積生長(zhǎng)高摻雜的歐姆接觸層，采用化學(xué)氣相淀 積方法在歐姆接觸層上淀積生長(zhǎng)一層二氧化硅掩膜，然后制備吸收區(qū)；制備吸收區(qū)采用兩 種方法實(shí)現(xiàn)一種方法是直接腐蝕掉增益區(qū)上方的掩膜，確保掩膜層覆蓋整個(gè)吸收區(qū)；另 一種是通過(guò)光刻技術(shù)，先光刻腐蝕出覆蓋整個(gè)增益區(qū)的掩膜圖形，再濕法腐蝕掉整個(gè)吸收 區(qū)上方的歐姆接觸層，使吸收區(qū)變?yōu)椤案咦鑵^(qū)”，最后腐蝕掉其余的二氧化硅掩膜層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低波紋系數(shù)半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管的制備方法，其特征在 于，所述在管芯的兩端面進(jìn)行鍍膜，是在管芯的前后腔面分別蒸鍍超低反射率的光學(xué)增透膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低波紋系數(shù)半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管的制備方法，其特征 在于，所述形成的低波紋系數(shù)的半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管，是波長(zhǎng)在1000 ieoonm范圍內(nèi) 的半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低波紋系數(shù)半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管的制備方法，采用斜三角形吸收區(qū)的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)結(jié)合前后腔面淀積超低反射率的光學(xué)增透膜，實(shí)現(xiàn)低波紋系數(shù)半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管的制備。本發(fā)明采用斜三角形吸收區(qū)的波導(dǎo)形式，它的三條邊與對(duì)應(yīng)腔面之間均保持一定的夾角，可以有效提高光透射率；另外，斜腔的結(jié)構(gòu)也可以有效抑制受激振蕩，減少腔面的光反饋。在膜系設(shè)計(jì)上，兩層膜系結(jié)構(gòu)的低反射率光譜區(qū)帶寬、膜料的折射率偏差和厚度偏差對(duì)膜系剩余反射率的影響程度均好于三層膜系對(duì)稱結(jié)構(gòu)，且工藝制備時(shí)的允差較大，有利于實(shí)現(xiàn)精確監(jiān)控。本發(fā)明提供的制作低波紋系數(shù)的半導(dǎo)體超輻射發(fā)光二極管方法，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)成本較低，具有工藝合理性。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102117868SQ20101056456
公開(kāi)日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者焦健, 譚滿清 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所