[发明专利]高峰值功率1550nm激光二极管芯片及制备方法

说明书

本发明涉及一种高峰值功率1550nm激光二极管芯片及制备方法，该芯片包括多个PN结、高掺杂电阻区和N型衬底；多个PN结从下到上依次叠加；每两个PN结之间通过高掺杂电阻区连接；N型衬底位于最低层PN结的下方；如果没有高掺杂电阻区，会导致上一个的n结连接到下一个的p结，二极管呈反向状态，电流无法正向导通，而该芯片中增加高掺杂电阻区，实现了芯片中上下两个PN结的级联，使其量子效率大大提高，可以在注入较少电流的情况下发出较强的光功率，实现了发光芯片的功率密度的增加。

技术领域

本发明涉及光电子芯片技术领域，特别涉及一种高峰值功率1550nm激光二极管芯片及制备方法。

背景技术

现有激光传感、激光测距领域多用905nm、850nm、760nm半导体激光，对于人眼安全具有隐患，空气中衰减也比较严重；不利于实际应用。为了实现人眼安全激光、大气传输窗口的应用，开发1550nm半导体激光芯片，而现有技术中是采用多个单层发光激光芯片的物理堆叠，物理堆叠会引起发光区尺寸增大，没有增加功率密度，反而使应用过程中的光学尺寸增加。

因此，如何增加发光芯片的功率密度成为了同行从业人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种高峰值功率1550nm激光二极管芯片及制备方法，解决现有技术中通过物理叠加来增强发光，但是其功率密度并不能得到提高的问题。

为了解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例提供一种高峰值功率1550nm激光二极管芯片，包括：多个PN结、高掺杂电阻区和N型衬底；

所述多个PN结从下到上依次叠加；任意相邻两个PN结通过所述高掺杂电阻区连接；

所述n型衬底位于最低层PN结的下方。

在一个实施例中，所述PN结包括：N型波导层、发光区、P型波导层；

所述发光区位于所述N型波导层和P型波导层之间。

在一个实施例中，所述高掺杂电阻区由N型高掺杂区和P型高掺杂区组成；所述N型高掺杂区位于和P型高掺杂区的上方；

所述高掺杂电阻区的总厚度范围为15nm±2nm。高掺杂区的厚度应该尽可能薄一些，可以更容易实现上下两个PN结的级联。

在一个实施例中，所述N型高掺杂区中的InP掺杂浓度范围为4.5×10²⁰cm^-3至6.5×10²⁰cm^-3，其厚度范围为10-12nm。高掺杂区中的N型高掺杂区不能太薄，应大于其耗尽区的厚度，可更好实现级联。

在一个实施例中，所述P型高掺杂区中的InP掺杂浓度范围为7.5×10¹⁸cm^-3至8.5×10¹⁸cm^-3，其厚度范围为3-5nm。高掺杂区中的P型高掺杂区不能太薄，应大于其耗尽区的厚度，可更好实现级联。

第二方面，本发明还提供一种高峰值功率1550nm激光二极管芯片的制备方法，包括：

S1、在N型衬底上从下至上依次生长N型波导层、发光区、P型波导层，完成第一个PN结的生长；

S2、在所述P型波导层上级联生长高掺杂电阻区；

S3、在所述高掺杂电阻区的上方从下至上依次生长N型波导层、发光区、P型波导层，完成下一个PN结的生长；

S4、依次重复步骤S2和S3，直至完成多个PN结的生长。

本发明的优点在于，本发明的一种高峰值功率1550nm半导体激光二极管芯片及制备方法，该芯片在传统的单层发光基础上，使用高掺杂区实现多个PN结互联，通过芯片内部发光层的纳米堆叠实现高峰值功率输出。