一種高功率低偏振度的800nm波段SLD外延結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高功率低偏振度的800nm波段SLD外延結(jié)構(gòu)，包括在N型襯底11上順序?qū)盈B的N型緩沖層12、N型下包層13、下漸變層14、有源層15、上漸變層16、P型上包層17和P型接觸層18，所述有源層15的材料為GaAs(1-x)Px，其中所述x為材料磷組分，且0.01≤x≤0.08。本發(fā)明提供的高功率低偏振度的800nm波段SLD外延結(jié)構(gòu)中，采用GaAsP作為量子阱結(jié)構(gòu)的阱層材料，通過調(diào)整阱層的組分來調(diào)整應(yīng)變量和發(fā)光波長，使TE模和TM模的模式增益趨于一致，從而達(dá)到低偏振度光輸出的要求，且發(fā)光波長恰好處于800nm波段；同時，量子阱結(jié)構(gòu)的采用可以提高SLD的輸出功率。
【專利說明】-種高功率低偏振度的800nm波段SLD外延結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于SLD(SuperLuminescentDiode,超福射發(fā)光二極管）領(lǐng)域，具體涉及 一種能實(shí)現(xiàn)發(fā)射波長800nm波段，高輸出功率和低偏振度工作的SLD外延結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002] SLD的性能介于激光器與發(fā)光二極管之間，具有短相干長度，低噪聲以及寬光譜 等優(yōu)點(diǎn)，是光纖陀螺、波分復(fù)用、相干層析成像等的理想光源。實(shí)際的SLD光源發(fā)射的是部 分偏振光，大部分的功率在平行于半導(dǎo)體結(jié)的水平偏振中，并且在相同驅(qū)動電流下，光源出 射光的偏振度會隨著外界環(huán)境的變化而波動，在光纖陀螺中會導(dǎo)致偏振相位誤差。光源出 射的光的偏振度越高，其出射光的偏振態(tài)對外界環(huán)境越敏感，通常采取在光源后面合理設(shè) 計(jì)消偏器以盡量降低其偏振度。為了提高光纖陀螺中光探測器的輸出信噪比，必須加大入 射到探測器上的光功率，可以通過盡量減少陀螺光路中的各種光損耗，但是這種方法的作 用非常有限，另一種途徑是使用大功率SLD光源。近年來關(guān)于SLD的研究主要集中在? 800nm，?1310nm以及?1550nm等波段，其中1310nm以及1550nm波段均有成熟的低偏結(jié) 構(gòu)，而800nm波段的低偏SLD研究較少。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 在SLD的有源區(qū)中，光是以電磁波的形式傳播的，它分為電場偏振方向垂直 于傳播方向的TE(Tangentialelectrical)模和磁場偏振方向垂直于傳播方向的 TM(Tangentialmagnetic)模。通常情況下，SLD光源按偏振度可分為高偏振度光源和低偏 振度光源，在只存在TE模或TM模時，光源的偏振度（D0P)為100 %，為線偏振光；當(dāng)TE模 和TM模的光強(qiáng)基本相等時，光源的偏振度接近于零，為低偏振度光源（或偏振度不敏感光 源）。因此，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)TE模和TM模的增益，使得兩者比值接近于 1，就可以獲取低偏振度光輸出。
[0004] 一般無應(yīng)變有源層的SLD，其TE模和TM模的材料增益大致相同，但由于TE模的光 限制因子大于TM模，導(dǎo)致TE模的模式增益要大于TM模的模式增益，從而使SLD難以實(shí)現(xiàn) 低偏光輸出。張應(yīng)變量子阱中，輕空穴帶位于價帶頂并與重空穴帶分離，電子到輕空穴的躍 遷（發(fā)射TM模式光子）強(qiáng)度大于電子到重空穴帶的躍遷（發(fā)射TE模式光子）強(qiáng)度，兩種 模式光子強(qiáng)度差與量子講講層材料的應(yīng)變量密切相關(guān)。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)800nm波段SLD的低偏輸出，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] -種高功率低偏振度的800nm波段SLD外延結(jié)構(gòu)，包括在N型襯底上順序?qū)盈B的 N型緩沖層、N型下包層、下漸變層、有源層、上漸變層、P型上包層和P型接觸層，所述有源 層的材料為GaAs(1_x)Px，其中所述x為材料磷組分，且0. 01彡x彡0. 08。
[0007] 本發(fā)明提供的高功率低偏振度的800nm波段SLD外延結(jié)構(gòu)中，采用GaAsP作為量 子阱結(jié)構(gòu)的阱層材料，通過調(diào)整阱層的組分來調(diào)整應(yīng)變量和發(fā)光波長，使TE模和TM模的 模式增益趨于一致，從而達(dá)到低偏振度光輸出的要求，且發(fā)光波長恰好處于800nm波段；同 時，量子阱結(jié)構(gòu)的采用可以提高SLD的輸出功率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008] 圖1是本發(fā)明提供的高功率低偏振度的800nm波段SLD外延結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009] 圖中，11、N型襯底；12、N型緩沖層；13、N型下包層；14、下漸變層；15、有源層；16、 上漸變層；17、P型上包層；18、P型接觸層。

【具體實(shí)施方式】
[0010] 為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié) 合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0011] 請參考圖1所示，一種高功率低偏振度的800nm波段SLD外延結(jié)構(gòu)，包括在N型襯 底11上順序?qū)盈B的N型緩沖層12、N型下包層13、下漸變層14、有源層15、上漸變層16、P 型上包層17和P型接觸層18,所述有源層15的材料為GaAsa_x)Px，其中所述x為材料磷組 分，且0? 01彡x彡0? 08。
[0012] 本發(fā)明提供的高功率低偏振度的800nm波段SLD外延結(jié)構(gòu)中，采用GaAsP作為量 子阱結(jié)構(gòu)的阱層材料，通過調(diào)整阱層的組分來調(diào)整應(yīng)變量和發(fā)光波長，使TE模和TM模的 模式增益趨于一致，從而達(dá)到低偏振度光輸出的要求，且發(fā)光波長恰好處于800nm波段；同 時，量子阱結(jié)構(gòu)的采用可以提高SLD的輸出功率。
[0013]作為具體實(shí)施例，所述N型襯底11的材料為GaAs(砷化鎵），采用GaAs作為所述 N型襯底的材料，由此可以為外延層提供晶格匹配的基底材料。
[0014] 作為具體實(shí)施例，所述N型緩沖層12的材料為GaAs，厚度為300-500nm，摻雜濃度 為lE18cm_3?2E18cm_3,由此可以消除襯底表面缺陷對外延層質(zhì)量的影響。
[0015] 作為具體實(shí)施例，所述N型下包層13的材料為AluGauAs，厚度為1300-1500nm， 摻雜濃度為lE18cnT3,由此可以作為光限制層。
[0016] 作為具體實(shí)施例，所述N型摻雜源為硅烷，由此可以滿足N型摻雜要求。
[0017] 作為具體實(shí)施例，所述下漸變層14的材料為AlGaAs，厚度為150-200nm，A1組分 的漸變量為50%- 20%，由此可以提高載流子限制效果。
[0018] 作為具體實(shí)施例，所述上漸變層16的材料為AlGaAs，厚度為150-200nm，A1組分 的漸變量為20%- 50%，由此可以提高載流子限制效果。
[0019] 作為具體實(shí)施例，所述P型上包層17的材料為AluGauAs，厚度為1300-1500nm， 摻雜濃度為5E17cnT3,由此可以作為光限制層，并且減少載流子對光的吸收。
[0020] 作為具體實(shí)施例，所述P型接觸層18的材料為GaAs，厚度為120-150nm，摻雜濃度 為2E19cnT3?3E19cnT3,由此可以作為歐姆接觸層。
[0021] 作為具體實(shí)施例，所述P型摻雜源為二乙基鋅，由此可以滿足P型摻雜要求。
[0022] 當(dāng)然，所述N型襯底11、N型緩沖層12、N型下包層13、下漸變層14、有源層15、上 漸變層16、P型上包層17和P型接觸層18的材料并不局限于此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在前述 實(shí)施例的基礎(chǔ)上，還可以采用具有類似性能的材料，只要能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能即可。
[0023] 以下將結(jié)合具體的制作方式對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明：
[0024]米用MOCVD(Metal-organicChemicalVaporDeposition，金屬有機(jī)化合物化學(xué) 氣相沉淀）技術(shù)生長外延材料，采用AIX2400型MOCVD設(shè)備，采用金屬有機(jī)物來提供鎵源和 鋁源，采用氫化物來提供砷源和磷源，具體使用的金屬有機(jī)物為三甲基鎵（TMGa)和三甲基 鋁（TMA1)，氫化物為砷烷（AsH3)和磷烷（PH3)，P型摻雜源為二乙基鋅（DEZn)，N型摻雜源 為硅烷（SiH4)，載氣為經(jīng)鈀管擴(kuò)散后的氫氣，生長溫度為700°C，生長室的壓力為lOOmbar。
[0025] 然后順序在所述N型GaAs襯底上生長：500nm厚N型GaAs緩沖層，摻雜濃度為 1. 5E18cm3 ;1500nm厚N型AlQ.5GaQ.5As下包層，慘雜濃度為lE18cm3 ;200nm厚AlGaAs下 漸變層，A1的漸變量為50% - 20% ;10nm厚GaAS(l.96PaQ4有源層；200nm厚AlGaAs上漸變 層，A1的漸變量為20% - 50% ;1500nm厚P型AlQ.5GaQ.5A S上包層，摻雜濃度為5E17cm-3 ; 150nm厚P型GaAs接觸層，摻雜濃度為2. 5E19cm_3。
[0026] 外延材料生長完成之后，再依次進(jìn)行如下常規(guī)器件后續(xù)工藝：Si02膜制作、電流通 道制作、P面蒸發(fā)、襯底減薄、N面蒸發(fā)、合金、解理、芯片條鍍膜、解理、中測和燒焊，由此完 成器件制作。制作的脊波導(dǎo)腔長為l〇90um，有源區(qū)條寬為3um。最后，對SLD芯片進(jìn)行性能 測試，其批次測試結(jié)果如下表1所示。
[0027]表1:

【權(quán)利要求】
1. 一種高功率低偏振度的800nm波段SLD外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括在N型襯底上順 序?qū)盈B的N型緩沖層、N型下包層、下漸變層、有源層、上漸變層、P型上包層和P型接觸層， 所述有源層的材料為GaAs(1_x)Px，其中所述x為材料磷組分，且0. 01 < x < 0. 08。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率低偏振度的800nm波段SLD外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述N型襯底的材料為GaAs。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率低偏振度的800nm波段SLD外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述N型緩沖層的材料為GaAs，厚度為300-500nm，摻雜濃度為lE18cm_3?2E18cm_3。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率低偏振度的800nm波段SLD外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述N型下包層的材料為AlQ.5GaQ.5A S，厚度為1300-1500nm，摻雜濃度為lE18cm_3。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的高功率低偏振度的800nm波段SLD外延結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述N型摻雜源為硅烷。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率低偏振度的800nm波段SLD外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述下漸變層的材料為AlGaAs，厚度為150-200nm，A1組分的漸變量為50%- 20%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率低偏振度的800nm波段SLD外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述上漸變層的材料為AlGaAs，厚度為150-200nm，A1組分的漸變量為20%- 50%。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率低偏振度的800nm波段SLD外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述P型上包層的材料為AlQ.5GaQ.5As，厚度為1300-1500nm，摻雜濃度為5E17cm_ 3。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率低偏振度的800nm波段SLD外延結(jié)構(gòu)，其特征在于，所 述P型接觸層的材料為GaAs，厚度為120-150nm，摻雜濃度為2E19cnT3?3E19cnT3。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的高功率低偏振度的800nm波段SLD外延結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述P型摻雜源為二乙基鋅。
【文檔編號】H01L33/30GK104362225SQ201410503050
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】周勇, 唐祖榮, 段利華, 劉萬清, 劉尚軍 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第四十四研究所