[發明專利]一種寬光譜量子級聯隧道結超輻射發光二極管

在審

• 申請號: 202110902378.0
• 申請日: 2021-08-06
• 公開（公告）號: CN115706188A
• 公開（公告）日: 2023-02-17
• 發明（設計）人: 孫春明;蘇建;劉琦;徐現剛
• 申請（專利權）人: 山東華光光電子股份有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/06;H01L33/08;H01L33/30
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 王素平

本發明提供了一種寬光譜量子級聯隧道結超輻射發光二極管，上述超輻射發光二極管包括自下而上依次設置的N面電極、襯底、多個子有源區，所述的相鄰兩個子有源區間設置有隧道結層；每個子有源區包括自下而上依次設置的N型限制層、N型波導層、量子阱層、P型波導層和P型限制層；其中，最上面子有源區的P型限制層包括本體層，所述本體層上中部設置有凸出于本體層上表面的脊型條；所述的脊型條兩側對稱設置有多個平行的光隔離溝槽，所述脊型條上表面設置有P面電極。本發明的超輻射發光二極管在有效提升發光二極管輸出功率的同時，有效拓寬了超輻射發光二極管的光譜寬度，抑制了大功率模式下超輻射發光二極管中心波長的紅移問題。

技術領域

本發明涉及一種寬光譜量子級聯隧道結超輻射發光二極管，屬于半導體光電子器件技術領域。

背景技術

超輻射發光二極管是近些年發展起來的一種半導體發光器件，發光特性介于激光器和發光二極管之間，與半導體發光二極管相比，半導體超輻射發光二極管具有較高的功率輸出和較窄的發散角；和半導體激光器相比，具有較大的光譜寬度、較好的穩定性、理想的光束方向性和很短的相干長度。光功率大可以提高系統精度和靈敏度，寬光譜可以降低光在光纖中因瑞利散射和克爾效應等引起的相干誤差，因此超輻射發光器件是光纖陀螺的理想光源。它的出現和發展很大一部分受到光纖陀螺的驅動，并成為一種重要的光源。目前，超輻射發光二極管還廣泛應用于波分復用技術、光學相干層析成像技術和可調諧外腔激光器等。目前主要的應用領域都要求超輻射發光二極管在有較大輸出功率的同時存在盡可能大的光譜寬度。

目前研制超輻射發光二極管時，主要是在傳統激光器結構基礎上，通過各種局部結構調整來破壞法布里-珀羅(Fabry-Perot，F-P)型前后腔面之間的光振蕩，進而抑制光激射的發生。雖然被抑制，但F-P腔始終存在，或者說始終有F-P振蕩這一種光振蕩模式可能存在，電流增加時，光譜寬度則逐漸減小，使得器件輸出功率與光譜存在一定的制約關系。當驅動電流增大到一定程度，或抑制部分老化時，器件則發生激射，自發超輻射被激射代替，器件失效。

中國專利文獻CN109217106A提供了一種采用多周期表面DFB光反饋系統抑制1550nm SLD器件F-P激射的方法，該方法主要利用DFB結構加強某些特定波長的光反饋而抑制其他波長的光反饋來加強所需要波長的功率。該方法的缺點是僅靠改進表面結構而沒有改進其外延結構，導致其最大輸出功率受到明顯的制約，當繼續加大電流時則導致光譜寬度變窄，超輻射逐漸被激射代替。

中國專利文獻CN105280763A提供了一種超輻射發光二極管的制作方法及制得的發光二極管，制備方法包括以下步驟：一次外延片的生長步驟、形成脊的步驟、掩埋的步驟、形成P面電極金屬的步驟、形成N面電極金屬的步驟、解離的步驟，從而制得超輻射發光二極管，所述的一次外延片的生長步驟在InP襯底片上依次生長N型InP緩沖層，InGaAsP勢壘層，GaAs層，InAs量子點；重復生長上述的InGaAsP勢壘層、GaAs層、InAs量子點，直至生長成多層InGaAsP勢壘層/GaAs層/InAs量子點，再生長InGaAsP勢壘覆蓋層；最后生長InP保護層。該專利采用量子點作為發光有源區，該種器件目前輸出功率無法做到很大，同時，受外延生長工藝限制，其無法做到批量商業化生產。

因此，研發一種具有較大輸出功率并且存在盡可能大的光譜寬度的超輻射發光二極管具有重要的意義。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種寬光譜量子級聯隧道結超輻射發光二極管，本發明的超輻射發光二極管在提高器件最大功率的同時有效拓寬其光譜寬度，并有效降低器件產生的廢熱。

本發明的技術方案如下：