專(zhuān)利名稱(chēng)：一種激光器與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光器與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(PhotoconductiveSemiconductor Switches,簡(jiǎn)稱(chēng) PCSS),是近年來(lái)發(fā)展迅速的一種半導(dǎo)體光電子器件，其工作原理本質(zhì)上是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)來(lái)調(diào)制半導(dǎo)體光電導(dǎo)材料的電導(dǎo)率。在光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的電極上施加一定的偏置電壓，激光脈沖照射在開(kāi)關(guān)的半導(dǎo)體材料上，產(chǎn)生大量的載流子，此時(shí)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，產(chǎn)生輸出電脈沖；當(dāng)激光脈沖撤去后，載流子消失，開(kāi)關(guān)恢復(fù)到最初的阻斷狀態(tài)，輸出電脈沖隨之消失。光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)與傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)相比具有諸多優(yōu)點(diǎn)，在超高速電子學(xué)、大功率脈沖產(chǎn)生與整形、超寬帶雷達(dá)、脈沖功率和高功率微波發(fā)生器、高速光探測(cè)器和調(diào)制器、光控微波和毫米波等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)有兩種工作模式，分別為線(xiàn)性模式和非線(xiàn)性模式。線(xiàn)性模式下，光電半導(dǎo)體材料每吸收一個(gè)光子產(chǎn)生一個(gè)電子空穴對(duì)，因此，光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的輸出電脈沖幅度與光脈沖的強(qiáng)度基本上呈線(xiàn)性關(guān)系，而與施加在開(kāi)關(guān)上的電場(chǎng)無(wú)關(guān)。線(xiàn)性模式下光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通需要較大的觸發(fā)激光能量，故所使用的激光器尺寸較大。使用中，激光通過(guò)光導(dǎo)纖維或者透鏡照射在光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的表面，整套裝置重量和體積都比較大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于推廣應(yīng)用。在非線(xiàn)性模式下，光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的兩端電極施加高電場(chǎng)(大于4kV/cm)。由觸發(fā)激光生成的光生載流子在高電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下獲得足夠的能量，通過(guò)碰撞電離將半導(dǎo)體材料禁帶的電子散射到導(dǎo)帶中，產(chǎn)生大量電子空穴對(duì)。由于每吸收一個(gè)光子就能生成大量的載流子，所需的觸發(fā)光脈沖能量就相比線(xiàn)性模式低得多，大約低3-5個(gè)數(shù)量級(jí)。這為使用激光二極管觸發(fā)光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)提供了條件。此類(lèi)激光器包括垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers, VCSELs)、邊發(fā)身寸激光器(Edge EmittingLasers, EELs)、橫向結(jié)條形激光器(Transverse Junction Stripe Lasers, TJSLs),具有成本低、效率高、尺寸小的特點(diǎn)。因此，工作在非線(xiàn)性模式下的光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)更易于小型化和拓展應(yīng)用領(lǐng)域。光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)工作于非線(xiàn)性模式時(shí)，兩個(gè)電極之間的導(dǎo)通電流不是均勻分布的，而是形成電流絲，電流過(guò)大會(huì)縮短光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)壽命，甚至直接燒毀。電流絲的分布受觸發(fā)激光照射位置的影響。若觸發(fā)激光覆蓋整個(gè)光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)表面，電流絲則集中于光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)表面的邊緣區(qū)域，使得光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)表面的邊緣區(qū)域承受的電流會(huì)過(guò)大而縮短光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種能夠承受更大的導(dǎo)通電流，從而延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)和激光器壽命的激光器與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種激光器與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，包括基片，所述基片頂端面的兩側(cè)分別設(shè)置有電極，所述基片的底端面均勻設(shè)置有若干個(gè)垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，所述垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器、基片及電極一體化封裝。其中，所述垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器為底部發(fā)光垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器。其中，所述電極之間的間隙設(shè)置有鈍化層。其中，所述基片與電極之間設(shè)置有n+-GaN層。其中，所述基片為硅基片、碳化硅基片、氮化硅基片、氧化鋁基片、砷化鎵基片或者憐化鋼基片。其中，所述電極為金屬薄膜層，所述金屬薄膜層為Ni/Ti/Au復(fù)合金屬層、Ni/Cr/Au復(fù)合金屬層、Ni/Cr復(fù)合金屬層、W/Ti/Ni復(fù)合金屬層、TiN層、TiW層或者Ti/Al復(fù)合金屬層?！け景l(fā)明的有益效果本發(fā)明的一種激光器與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，工作時(shí)，基片底部設(shè)置的垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器發(fā)光產(chǎn)生的激光穿透基片，由于有若干個(gè)垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器在基片的底端面均勻設(shè)置，從而觸發(fā)激光照射在電極的區(qū)域以點(diǎn)狀分布，電流則從電極正極開(kāi)始，依次通過(guò)激光照射的點(diǎn)，直到電極負(fù)極為止，其中，在工作過(guò)程中電流根據(jù)激光照射的點(diǎn)形成更多的電流絲，相當(dāng)于把導(dǎo)通電流分散，從而能夠承受更大的導(dǎo)通電流，使得垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的使用壽命得以延長(zhǎng)。另外，激光器與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的一體化封裝使得生產(chǎn)過(guò)程中省去組裝環(huán)節(jié)，便于使用，且能適應(yīng)強(qiáng)烈的振動(dòng)、沖擊和高溫的使用環(huán)境。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記包括
I 一基片2 —電極3—垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖I所示，本發(fā)明的一種激光器與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，包括基片1，所述基片I頂端面的兩側(cè)分別設(shè)置有電極2，所述基片I的底端面均勻設(shè)置有若干個(gè)垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器3，所述垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器3、基片I及電極2—體化封裝。其中，所述垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器3為底部發(fā)光垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，采用GaAs (砷化鎵)和AlxGa(1_x)As (鋁鎵砷化物)材料構(gòu)成，并使用外延生長(zhǎng)工藝制備而得。本發(fā)明的一種激光器與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，將基片I的一面與掩模板緊密貼合，其中，掩模板用于沉積薄膜時(shí)，對(duì)基片I的頂端面的局部或者全部面積進(jìn)行遮擋，以控制薄膜沉積的區(qū)域，采用磁控濺射在基片I表面依次沉積Ni (75nm) /Ti (50nm) /Au (120nm)薄膜，獲得電極2，其中，電極2的圖案可由金屬掩膜版、半導(dǎo)體光刻工藝、濕法腐蝕、干法刻蝕或者剝離工藝制備而得。然后在基片I的另一面與掩模板緊密貼合，并使用外延工藝交替生長(zhǎng)厚度均為260nm的n_AlAs (η型砷化鋁)和GaAs (砷化鎵)薄膜，其中共有18層的n-AlAs與共有17層的GaAs交替生長(zhǎng)；進(jìn)一步的，使用外延工藝依次沉積AlGaAs (120nm)、InGaAs (8nm)、GaAs (8nm)、InGaAs (8nm) > GaAs (8nm)、InGaAs (8nm)、AlGaAs (120nm)薄膜；再進(jìn)一步的，使用外延工藝交替生長(zhǎng)厚度均為260nm的p-AlAs (p型砷化鋁)和GaAs薄膜，其中p-AlAs和GaAs薄膜各30層交替生長(zhǎng)；再進(jìn)一步的，使用外延工藝制備一層厚度為500nm的ρ+GaAs接觸層；最后，使用磁控濺射制備一層200nm厚的Au膜，完成垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器3與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的一體化封裝。一體化封裝相對(duì)于傳統(tǒng)的復(fù)合式封裝，不但在生產(chǎn)過(guò)程中省去組裝環(huán)節(jié)，便于使用，且能適應(yīng)更惡劣的使用環(huán)境，例如，振動(dòng)、沖擊和高溫等。工作時(shí)，基片I底部設(shè)置的垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器3發(fā)光產(chǎn)生的激光穿透基片I，垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器3是垂直于器件表面發(fā)射激光的，激光波長(zhǎng)比基片I的材料禁帶寬度對(duì)應(yīng)的光波長(zhǎng)更長(zhǎng)，即可穿透基片1，相對(duì)于邊發(fā)射激光器和橫向結(jié)條形激光器易于組成激光器陣列，且更有利于觸發(fā)光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通。另外，由于有若干個(gè)垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器3在基片I的底端面均勻設(shè)置，從而觸發(fā)激光照射在電極2的區(qū)域以點(diǎn)狀分布，電流則從電極2正極開(kāi)始，依次通過(guò)激光照射的點(diǎn)，直到電極2負(fù)極為止，其中，在工作過(guò)程中電流根據(jù)激光照射的點(diǎn)形成更多的電流絲，相當(dāng)于把導(dǎo)通電流分散，從而使 得光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)能夠承受更大的導(dǎo)通電流，使得垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器3與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的使用壽命得以延長(zhǎng)。所述電極2之間的間隙設(shè)置有鈍化層，鈍化層的設(shè)置可以降低光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的暗電流。所述基片I與電極2之間設(shè)置有n+-GaN層。若偏置電壓過(guò)高或?qū)üぷ麟娏鬟^(guò)大時(shí)，基片I與電極2之間會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，從而燒毀光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，而設(shè)置n+-GaN層則用于改善歐姆接觸，由于n+-GaN層的摻雜濃度為3X 1019，高摻雜率的n+_GaN層可吸收大量的空穴到電極2附近，從而降低電極2與基片I之間的接觸電阻，從而降低電極2與基片I之間產(chǎn)生的熱量，起到保護(hù)光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的作用。所述基片I為娃基片、碳化娃基片、氣化娃基片、氧化招基片、神化嫁基片或者憐化鋼基片。優(yōu)選的，所述基片I為神化嫁基片，神化嫁基片具有聞臨界擊穿電場(chǎng)和低介電常數(shù)等特點(diǎn)，成為大功率半導(dǎo)體器件的優(yōu)選材料。相比較其他材料，砷化鎵基片作為光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的基片1，具有最高的載流子遷移率、較高的暗電阻率、更高的電壓轉(zhuǎn)換效率。具體的，所述電極2為金屬薄膜層，所述金屬薄膜層為Ni/Ti/Au復(fù)合金屬層、Ni/Cr/Au復(fù)合金屬層、Ni/Cr復(fù)合金屬層、W/Ti/Ni復(fù)合金屬層、TiN層、TiW層或者Ti/Al復(fù)合金屬層。其中，金屬薄膜層可采用熱蒸發(fā)、磁控濺射、電子束蒸發(fā)法工藝或者外延生長(zhǎng)制備而得。以上內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種激光器與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，包括基片(I)，所述基片(I)頂端面的兩側(cè)分別設(shè)置有電極(2)，其特征在于所述基片(I)的底端面均勻設(shè)置有若干個(gè)垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器(3 )，所述垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器(3 )、基片(I)及電極(2 ) —體化封裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種激光器與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器(3)為底部發(fā)光垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種激光器與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述電極(2 )之間的間隙設(shè)置有鈍化層。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種激光器與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述基片Cl)與電極(2)之間設(shè)置有n+-GaN層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種激光器與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述基片(1)為娃基片、碳化娃基片、氣化娃基片、氧化招基片、神化嫁基片或者憐化鋼基片。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種激光器與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，其特征在于所述電極(2)為金屬薄膜層,所述金屬薄膜層為Ni/Ti/Au復(fù)合金屬層、Ni/Cr/Au復(fù)合金屬層、Ni/Cr復(fù)合金屬層、W/Ti/Ni復(fù)合金屬層、TiN層、TiW層或者Ti/Al復(fù)合金屬層。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光器與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)，包括基片，所述基片頂端面的兩側(cè)分別設(shè)置有電極，所述基片的底端面均勻設(shè)置有若干個(gè)垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器，所述垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器、基片及電極一體化封裝。本發(fā)明在工作過(guò)程中電流根據(jù)激光照射的點(diǎn)形成更多的電流絲，相當(dāng)于把導(dǎo)通電流分散，從而能夠承受更大的導(dǎo)通電流，使得垂直腔面發(fā)射半導(dǎo)體激光器與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的使用壽命得以延長(zhǎng)。另外，激光器與光導(dǎo)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的一體化封裝使得生產(chǎn)過(guò)程中省去組裝環(huán)節(jié)，便于使用，且能適應(yīng)強(qiáng)烈的振動(dòng)、沖擊和高溫的使用環(huán)境。
文檔編號(hào)H01L31/16GK102945889SQ201210522248
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者楊匯鑫 申請(qǐng)人:東莞市五峰科技有限公司