[發明專利]一種集成側向探測器的超輻射發光二極管芯片及制備方法

在審

• 申請號: 202111503456.6
• 申請日: 2021-12-10
• 公開（公告）號: CN114203838A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 周帥;龐福濱;張靖;袁宇波;田坤;嵇建飛;劉海軍;許瑨
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十四研究所;國網江蘇省電力有限公司電力科學研究院;國網江蘇省電力有限公司
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L31/0352;H01L31/12;H01L31/18;H01L33/00;H01L33/20
• 代理公司: 重慶樂泰知識產權代理事務所(普通合伙) 50221
• 代理人: 劉佳

1.一種集成側向探測器的超輻射發光二極管芯片，包括襯底以及形成在所述襯底上的外延片，其特征在于，所述外延片的上表面形成有向下貫通所述外延片的隔離槽，所述外延片的上表面對應所述隔離槽的一側形成有一與所述隔離槽并列設置的脊波導，且在該側沿脊波導的長度方向依次形成有一有源區和無源吸收區，所述外延片對應所述隔離槽的另一側且與所述有源區相對的位置處形成有一側向探測區。

2.根據權利要求1所述的一種集成側向探測器的超輻射發光二極管芯片，其特征在于，所述隔離槽向下貫通將外延片隔離形成一超輻射發光二極管和側向探測器，所述脊波導形成于所述超輻射發光二極管的上表面；

所述外延片的上表面形成有P面電極層，所述P面電極層包括一設置在所述超輻射發光二極管上的有源區電極和一設置在所述側向探測器上的探測區電極，所述有源區電極與所述脊波導連接以形成所述有源區，所述探測區電極設置在所述超輻射發光二極管上對應于所述有源區電極的位置處以形成所述側向探測區；所述襯底的下表面形成有N面電極層。

3.根據權利要求2所述的一種集成側向探測器的超輻射發光二極管芯片，其特征在于，所述脊波導的上表面對應所述有源區電極的位置處形成一與所述有源區電極連接的電流通道。

4.根據權利要求1所述的一種集成側向探測器的超輻射發光二極管芯片，其特征在于，所述外延片至少包括從下至上依次層疊設置的緩沖層、擴展波導層、間隔層、過渡層、下限制層、下波導層、有源層、上波導層、第一上限制層、第二上限值層、腐蝕終止層、第三上限制層、平滑層以及接觸層。

5.根據權利要求4所述的一種集成側向探測器的超輻射發光二極管芯片，其特征在于，所述接觸層、平滑層、第三上限制層和腐蝕終止層沿脊波導的長度方向形成有并列設置的第一腐蝕溝槽和第二腐蝕溝槽，所述第一腐蝕溝槽和第二腐蝕溝槽之間的外延片區域形成所述脊波導。

6.根據權利要求4所述的一種集成側向探測器的超輻射發光二極管芯片，其特征在于，所述隔離槽內從下至上依次層疊生長有形成一導光通道的第一非摻雜二元材料層、非摻雜四元材料導光層以及第二非摻雜二元材料層，所述有源區產生的側向光沿導光通道向側向探測區傳播以被所述側向探測區吸收。

7.根據權利要求6所述的一種集成側向探測器的超輻射發光二極管芯片，其特征在于，所述非摻雜四元材料導光層的厚度大于或等于所述有源層的厚度，且當所述第一非摻雜二元材料層和非摻雜四元材料導光層層疊生長完成后，所述非摻雜四元材料導光層的側面完全覆蓋對應側有源層的側面。

8.根據權利要求1-7任一項所述的一種集成側向探測器的超輻射發光二極管芯片，其特征在于，所述外延片的兩端面均形成有增透膜。

9.根據權利要求1-7任一項所述的一種集成側向探測器的超輻射發光二極管芯片，其特征在于，所述隔離槽的寬度為3-50μm，所述隔離槽與脊波導的距離為10-100μm。

10.一種集成側向探測器的超輻射發光二極管芯片的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S100：提供一襯底，并在所述襯底上生長外延片，所述外延片包括從下至上依次層疊生長的緩沖層、擴展波導層、間隔層、過渡層、下限制層、下波導層、有源層、上波導層、第一上限制層、第二上限值層、腐蝕終止層、第三上限制層、平滑層以及接觸層。

S200：在所述外延片的表面光刻出預設形狀的脊波導圖形，并在脊波導的兩側向下刻蝕至腐蝕終止層，形成第一腐蝕溝槽、第二腐蝕溝槽以及位于第一腐蝕溝槽和第二腐蝕溝槽之間的脊波導；

S300：基于步驟S200得到的外延片，在所述外延片上光刻出隔離槽圖形，并向下刻蝕至襯底層，得到與脊波導并列排布的隔離槽；

S400：在所述隔離槽內依次層疊生長第一非摻雜二元材料層、非摻雜四元材料導光層以及第二非摻雜二元材料層；

S500：基于步驟S400得到的外延片，在所述外延片上對應所述脊波導的位置處光刻出電流通道圖形并刻蝕出電流通道；

S600：基于步驟S500得到的外延片，在所述外延片上對應隔離槽的兩側分別光刻出有源區電極圖形和探測區電極圖形，并濺射P面電極金屬，剝離、合金處理后形成具有有源區電極和探測區電極的P面電極層；以及在襯底的下表面濺射N面電極金屬，合金后形成N面電極層；

S700：基于步驟S600得到的外延片，對所述外延片進行解理形成一具有兩個相對設置的鏡面端的Bar條，并兩個所述鏡面端蒸鍍增透膜，將所述Bar條再次解理形成單芯片，得到集成側向探測器的超輻射發光二極管芯片。