[發明專利]能降低超輻射發光二極管光譜波紋的芯片結構

有效

• 申請號: 201310507954.7
• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103515494A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發明（設計）人: 唐祖榮;周勇;楊曉波;羅洪靜;王華平;孫迎波
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十四研究所
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 重慶輝騰律師事務所 50215
• 代理人: 侯懋琪;侯春樂

技術領域

????本發明涉及一種超輻射發光二極管，尤其涉及一種能降低超輻射發光二極管光譜波紋的芯片結構。

背景技術

輸出功率和光譜波紋是超輻射發光二極管（SLD）的重要指標，但這兩個指標存在矛盾性，這種矛盾性主要體現在：有源區注入電流時，由于載流子的反轉分布，SLD芯片通過自發輻射和受激輻射產生光子，輸出放大的自發輻射光；同時，光在傳輸時，SLD芯片會在無源吸收區產生電子—空穴對，電子—空穴亦會通過自發輻射和受激輻射產生光子；在有源區內，產生的光子會對輸出功率有一定貢獻，可以彌補光吸收引起的光損耗；但在無源吸收區內產生的光子，會降低無源吸收區抑制光反饋的能力；在中、高功率下，當產生的光子達到一定程度時，會使SLD性能惡化，光譜波紋迅速增大，甚至出現激射現象（此時無源吸收呈透明狀態，失去抑制光反饋的能力），導致系統不能正常工作。

發明內容

針對背景技術中的問題，本發明提出了一種能降低超輻射發光二極管光譜波紋的芯片結構，包括超輻射發光二極管芯片，所述超輻射發光二極管芯片由順次層疊的N面電極層、襯底層、緩沖層、下限制層、下波導層、有源層、上波導層、上限制層、頂層、電隔離層和P面電極層組成，其中，N面電極層所在端面為超輻射發光二極管芯片的下端面，P面電極層所在端面為超輻射發光二極管芯片的上端面；超輻射發光二極管芯片上端面設置有無源吸收區和有源區；其創新在于：所述無源吸收區范圍內的P面電極層與N面電極層通過外接引線短接。

前述方案的原理是：對于SLD芯片上的無源吸收區而言，電子空穴對是無益的，因此需要將它消除掉，為達到這一目的，本發明將無源吸收區范圍內的P面電極層與N面電極層通過外接引線短接，在耗盡層的作用下，電子會到達N極，空穴會到達P極，從而使P面電極層、N面電極層和外引線形成一閉合回路，產生光生電流，達到有效收集和消除電子空穴對目的，避免了電子和空穴通過輻射復合產生光子，避免電子空穴對對無源吸收區抑制光反饋能力的負面影響。

由于前述方案中將無源吸收區范圍內的P面電極層與N面電極層通過外接引線短接，導致有源區的工作電流容易出現泄漏，為了解決這一問題，本發明還通過如下改進來提高有源區和無源吸收區之間的電隔離性：所述有源區和無源吸收區的交界處設置有溝阻，溝阻將有源區范圍內的P面電極層和無源吸收區范圍內的P面電極層隔離。

本發明的有益技術效果是：可有效收集和消除無源吸收區內的電子空穴對，避免無源吸收區抑制光反饋能力隨著輸出功率增大而下降，提高超輻射發光二極管的性能。

附圖說明

圖1、本發明的結構示意圖；

圖2、現有的超輻射發光二極管芯片的等效電流圖；

圖3、本發明的超輻射發光二極管芯片的等效電流圖。

具體實施方式

一種能降低超輻射發光二極管光譜波紋的芯片結構，包括超輻射發光二極管芯片，所述超輻射發光二極管芯片由順次層疊的N面電極層1、襯底層2、緩沖層3、下限制層4、下波導層5、有源層6、上波導層7、上限制層8、頂層9、電隔離層10和P面電極層11組成，其中，N面電極層1所在端面為超輻射發光二極管芯片的下端面，P面電極層11所在端面為超輻射發光二極管芯片的上端面；超輻射發光二極管芯片上端面設置有無源吸收區12和有源區13；其改進在于：所述無源吸收區12范圍內的P面電極層11與N面電極層1通過外接引線短接。

進一步地，所述有源區13和無源吸收區12的交界處設置有溝阻，溝阻將有源區13范圍內的P面電極層11和無源吸收區12范圍內的P面電極層11隔離。

參見圖2、3，圖2中所示為現有的超輻射發光二極管芯片的等效電流圖，圖3中所示為本發明的超輻射發光二極管芯片的等效電流圖；R1和R2是有源區P面接觸電阻和P區體電阻、R3是有源區N區接解電阻和體電阻，R4是有源區和無源區間的電阻，R5和R6是無源吸收區P面接觸電阻和P區體電阻、R7是無源吸收區N區接解電阻和體電阻；其中，R1、R2與R5、R6的電阻大致相當，R3與R7電阻大致相當，通常情況下，R1、R2、R3（或R5、R6、R7）之和在2～5Ω水平（與有源區長度有關），而R4比它們要高1～2量級；R4比它們要高1～2量級。

采用本發明方案后，當向有源區施加正向電壓Vi時，在P區就有電流I1注入，由于R4電流較大，因此I3可以忽略，I2與I1基本相當，跟通常的SLD一樣具有較大的注入載流子密度。向無源吸收區傳的??光，光子會通過受激躍遷產生電子—空穴對，在相同材料和結構中，電子—空穴對的數量與光子密度有關（即與光功率的大小有關）。由于無源吸收區的P面與N面通過外接引線短接，因此，電子和空穴對會在耗盡區電場作用下中和，形成光電流I4（現有的超輻射發光二極管芯片由于沒有與本發明相似的外接引線結構，因此無法形成回路），這樣就可以避免電子—空穴對的存在和積累，更不會出現自發輻射和受激輻射產生光子，從而增強了無源吸收區抑制光反饋的能力，降低了SLD的光譜波紋，達到改善SLD性能的目的。