專利名稱：一種激光器與光導半導體開關結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件技術領域，尤其涉及一種激光器與光導半導體開關結構。
背景技術：
光導半導體開關(PhotoconductiveSemiconductor Switches,簡稱 PCSS),是近年來發展迅速的一種半導體光電子器件，其工作原理本質上是利用半導體的光電效應來調制半導體光電導材料的電導率。在光導半導體開關的電極上施加一定的偏置電壓，激光脈沖照射在開關的半導體材料上，產生大量的載流子，此時開關導通，產生輸出電脈沖；當激光脈沖撤去后，載流子消失，開關恢復到最初的阻斷狀態，輸出電脈沖隨之消失。光導半導體開關與傳統開關相比具有諸多優點，在超高速電子學、大功率脈沖產生與整形、超寬帶雷達、脈沖功率和高功率微波發生器、高速光探測器和調制器、光控微波和毫米波等領域具有廣泛的應用前景。
光導半導體開關有兩種工作模式，分別為線性模式和非線性模式。線性模式下，光電半導體材料每吸收一個光子產生一個電子空穴對，因此，光導半導體開關的輸出電脈沖幅度與光脈沖的強度基本上呈線性關系，而與施加在開關上的電場無關。線性模式下光導半導體開關的導通需要較大的觸發激光能量，故所使用的激光器尺寸較大。使用中，激光通過光導纖維或者透鏡照射在光導半導體開關的表面，整套裝置重量和體積都比較大，內部結構復雜，不利于推廣應用。在非線性模式下，光導半導體開關的兩端電極施加高電場(大于4kV/cm)。由觸發激光生成的光生載流子在高電場的驅動下獲得足夠的能量，通過碰撞電離將半導體材料禁帶的電子散射到導帶中，產生大量電子空穴對。由于每吸收一個光子就能生成大量的載流子，所需的觸發光脈沖能量就相比線性模式低得多，大約低3-5個數量級。這為使用激光二極管觸發光導半導體開關提供了條件。此類激光器包括垂直腔面發射半導體激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers, VCSELs)、邊發身寸激光器(Edge EmittingLasers, EELs)、橫向結條形激光器(Transverse Junction Stripe Lasers, TJSLs),具有成本低、效率高、尺寸小的特點。因此，工作在非線性模式下的光導半導體開關更易于小型化和拓展應用領域。光導半導體開關工作于非線性模式時，兩個電極之間的導通電流不是均勻分布的，而是形成電流絲，電流過大會縮短光導半導體開關壽命，甚至直接燒毀。電流絲的分布受觸發激光照射位置的影響。若觸發激光覆蓋整個光導半導體開關表面，電流絲則集中于光導半導體開關表面的邊緣區域，使得光導半導體開關表面的邊緣區域承受的電流會過大而縮短光導半導體開關的壽命。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的不足提供一種能夠承受更大的導通電流，從而延長開關和激光器壽命的激光器與光導半導體開關結構。
為實現上述目的，本發明的一種激光器與光導半導體開關結構，包括基片，所述基片頂端面的兩側分別設置有電極，所述基片的底端面均勻設置有若干個垂直腔面發射半導體激光器，所述垂直腔面發射半導體激光器、基片及電極一體化封裝。其中，所述垂直腔面發射半導體激光器為底部發光垂直腔面發射半導體激光器。其中，所述電極之間的間隙設置有鈍化層。其中，所述基片與電極之間設置有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復合金屬層、Ni/Cr/Au復合金屬層、Ni/Cr復合金屬層、W/Ti/Ni復合金屬層、TiN層、TiW層或者Ti/Al復合金屬層。·本發明的有益效果本發明的一種激光器與光導半導體開關結構，工作時，基片底部設置的垂直腔面發射半導體激光器發光產生的激光穿透基片，由于有若干個垂直腔面發射半導體激光器在基片的底端面均勻設置，從而觸發激光照射在電極的區域以點狀分布，電流則從電極正極開始，依次通過激光照射的點，直到電極負極為止，其中，在工作過程中電流根據激光照射的點形成更多的電流絲，相當于把導通電流分散，從而能夠承受更大的導通電流，使得垂直腔面發射半導體激光器與光導半導體開關的使用壽命得以延長。另外，激光器與光導半導體開關的一體化封裝使得生產過程中省去組裝環節，便于使用，且能適應強烈的振動、沖擊和高溫的使用環境。
圖I為本發明的結構示意圖。附圖標記包括
I 一基片2 —電極3—垂直腔面發射半導體激光器。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明進行詳細的描述。如圖I所示，本發明的一種激光器與光導半導體開關結構，包括基片1，所述基片I頂端面的兩側分別設置有電極2，所述基片I的底端面均勻設置有若干個垂直腔面發射半導體激光器3，所述垂直腔面發射半導體激光器3、基片I及電極2—體化封裝。其中，所述垂直腔面發射半導體激光器3為底部發光垂直腔面發射半導體激光器，采用GaAs (砷化鎵)和AlxGa(1_x)As (鋁鎵砷化物)材料構成，并使用外延生長工藝制備而得。本發明的一種激光器與光導半導體開關結構，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，對基片I的頂端面的局部或者全部面積進行遮擋，以控制薄膜沉積的區域，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；進一步的，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；再進一步的，使用外延工藝交替生長厚度均為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；再進一步的，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，完成垂直腔面發射半導體激光器3與光導半導體開關的一體化封裝。一體化封裝相對于傳統的復合式封裝，不但在生產過程中省去組裝環節，便于使用，且能適應更惡劣的使用環境，例如，振動、沖擊和高溫等。工作時，基片I底部設置的垂直腔面發射半導體激光器3發光產生的激光穿透基片I，垂直腔面發射半導體激光器3是垂直于器件表面發射激光的，激光波長比基片I的材料禁帶寬度對應的光波長更長，即可穿透基片1，相對于邊發射激光器和橫向結條形激光器易于組成激光器陣列，且更有利于觸發光導半導體開關的導通。另外，由于有若干個垂直腔面發射半導體激光器3在基片I的底端面均勻設置，從而觸發激光照射在電極2的區域以點狀分布，電流則從電極2正極開始，依次通過激光照射的點，直到電極2負極為止，其中，在工作過程中電流根據激光照射的點形成更多的電流絲，相當于把導通電流分散，從而使 得光導半導體開關能夠承受更大的導通電流，使得垂直腔面發射半導體激光器3與光導半導體開關的使用壽命得以延長。所述電極2之間的間隙設置有鈍化層，鈍化層的設置可以降低光導半導體開關的暗電流。所述基片I與電極2之間設置有n+-GaN層。若偏置電壓過高或導通工作電流過大時，基片I與電極2之間會產生大量的熱量，從而燒毀光導半導體開關，而設置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之間產生的熱量，起到保護光導半導體開關的作用。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和低介電常數等特點，成為大功率半導體器件的優選材料。相比較其他材料，砷化鎵基片作為光導半導體開關的基片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復合金屬層、Ni/Cr/Au復合金屬層、Ni/Cr復合金屬層、W/Ti/Ni復合金屬層、TiN層、TiW層或者Ti/Al復合金屬層。其中，金屬薄膜層可采用熱蒸發、磁控濺射、電子束蒸發法工藝或者外延生長制備而得。以上內容僅為本發明的較佳實施例，對于本領域的普通技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種激光器與光導半導體開關結構，包括基片(I)，所述基片(I)頂端面的兩側分別設置有電極(2)，其特征在于所述基片(I)的底端面均勻設置有若干個垂直腔面發射半導體激光器(3 )，所述垂直腔面發射半導體激光器(3 )、基片(I)及電極(2 ) —體化封裝。
2.根據權利要求I所述的一種激光器與光導半導體開關結構，其特征在于所述垂直腔面發射半導體激光器(3)為底部發光垂直腔面發射半導體激光器。
3.根據權利要求I所述的一種激光器與光導半導體開關結構，其特征在于所述電極(2 )之間的間隙設置有鈍化層。
4.根據權利要求I所述的一種激光器與光導半導體開關結構，其特征在于所述基片Cl)與電極(2)之間設置有n+-GaN層。
5.根據權利要求I所述的一種激光器與光導半導體開關結構，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.根據權利要求I所述的一種激光器與光導半導體開關結構，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復合金屬層、Ni/Cr/Au復合金屬層、Ni/Cr復合金屬層、W/Ti/Ni復合金屬層、TiN層、TiW層或者Ti/Al復合金屬層。
全文摘要
本發明涉及半導體器件技術領域，尤其涉及一種激光器與光導半導體開關結構，包括基片，所述基片頂端面的兩側分別設置有電極，所述基片的底端面均勻設置有若干個垂直腔面發射半導體激光器，所述垂直腔面發射半導體激光器、基片及電極一體化封裝。本發明在工作過程中電流根據激光照射的點形成更多的電流絲，相當于把導通電流分散，從而能夠承受更大的導通電流，使得垂直腔面發射半導體激光器與光導半導體開關的使用壽命得以延長。另外，激光器與光導半導體開關的一體化封裝使得生產過程中省去組裝環節，便于使用，且能適應強烈的振動、沖擊和高溫的使用環境。
文檔編號H01L31/16GK102945889SQ201210522248
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月7日 優先權日2012年12月7日
發明者楊匯鑫 申請人:東莞市五峰科技有限公司