一種帶有高反膜和增透膜的低導通電阻GaAs光導開關的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種帶有高反膜和增透膜的低導通電阻GaAs光導開關，包括GaAs基層，所述GaAs基層的電極面的電極區域上設置有高摻雜n+?GaAs層，所述高摻雜n+?GaAs層表面設置有金屬層，所述GaAs基層電極面的非電極區域上設置一層高反膜，所述GaAs基層背電極面設置一層增透膜。本發明采用固態脈沖形成線電路對設計制作的低歐姆接觸電阻率的半絕緣GaAs光導開關進行測試，使用波長1064 nm、能量5.4mJ、觸發激光脈寬25 ns的激光脈沖觸發設計制作的GaAs光導開關，在直流電壓6 kV時，通過計算得到光導開關的導通電阻僅為0.49Ω，大大提高了光導開關的使用壽命。
【專利說明】
一種帶有高反膜和増透膜的低導通電阻GaAs光導開關
技術領域
[0001]本發明屬于半導體器件領域，具體涉及一種帶有高反膜和增透膜的低導通電阻GaAs光導開關。
【背景技術】
[0002]隨著高新技術武器的小型化要求、脈沖功率裝置發展和應用領域的拓展，脈沖功率技術的發展呈現兩大趨勢，一方面朝著單次運行、高峰值功率的方向發展，核禁試后核武器研究轉向實驗室模擬，主要手段為使用大型脈沖功率源為負載提供很高的峰值功率，通常裝置為單次運行，如美國的Z裝置；1-3另一方面朝著高重復頻率、高平均功率、高能量密度的方向發展，高新技術武器的發展對系統前端的脈沖功率源提出了新的要求，即小型化、模塊化、高重復頻率運行和長使用壽命。目前，高重復頻率、高平均功率、高能量密度的固態脈沖功率源已經成為了脈沖功率技術研究的重要內容。而發展高重復頻率、高平均功率、高能量密度的固態脈沖功率裝置，開關是最關鍵的器件。與其它固體開關(如功率半導體開關、半導體斷路開關、磁開關等)相比，光導開關具有體積小，重復頻率性能好、閉合時間短(ps量級)、時間抖動小(ps量級)、開關電感低(亞納亨)、同步精度高(ps量級)、電磁兼容性強，使光導開關在固態緊湊型脈沖功率源上有著較為廣闊的應用前景。但是，目前制作的大功率GaAs光導開關導通電阻仍然較大，這主要由兩方面原因造成:一是開關制作過程中歐姆接觸電阻較大;二是GaAs材料光吸收效率低，光生載流子濃度低。光導開關較大的導通電阻會導致光導開關工作狀態下焦耳加熱現象的發生，造成光導開關的熱損傷和熱擊穿。本文設計了一種新型的光導開關歐姆接觸電極結構，并通過蒸鍍增透膜和高反膜的方式增加了GaAs材料對1064 nm激光的吸收效率，降低了光導開關導通電阻。所查在GaAs光導開關研究相關文獻和專利資料中并未發現有相關帶有高反膜和增透膜的GaAs光導開關制作和應用方面相關的專利信息。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種新型的光導開關歐姆接觸電極結構，并通過蒸鍍增透膜和高反膜的方式增加GaAs材料對1064 nm激光的吸收效率，降低光導開關導通電阻。
[0004]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種帶有高反膜和增透膜的低導通電阻GaAs光導開關，包括GaAs基層，所述GaAs基層的電極面的電極區域上設置有高摻雜n+_GaAs層，所述高摻雜n+_GaAs層表面設置有金屬層，所述GaAs基層電極面的非電極區域上設置一層高反膜，所述GaAs基層背電極面設置一層增透膜，
所述GaAs光導開關的導通電阻為0.49 Ω。
[0005]—種制作帶有高反膜和增透膜的低導通電阻GaAs光導開關的方法，包括如下步驟:
步驟一:在GaAs材料的電極面通過MOCVD的方法外延生長一層高摻雜n+-GaAs層； 步驟二:通過濕法刻蝕的方法將電極區域外的高摻雜n+-GaAs層去除；
步驟三:通過電子束蒸發的方式在高摻雜n+-GaAs表面淀積一層金屬層，然后通過快速熱退火的方式形成歐姆接觸；
步驟四:在GaAs材料的電極面非電極區域制作一層高反膜，背電極面制作一層增透膜。[000?] 在上述技術方案中，所述高摻雜n+-GaAs層摻雜的濃度大于1019 cm_3。
[0007]在上述技術方案中，所述金屬層從下到上依次包括Ge層、Au層、Ni層、Au層。
[0008]在上述技術方案中，由高摻雜n+_GaAs層和金屬層組成的歐姆接觸，歐姆接觸電阻率小于 10-6 Ω.cm2 ο
[0009]在上述技術方案中，歐姆接觸電極間隙為10mm。
[0010]綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發明的有益效果是:
本發明采用固態脈沖形成線電路對設計制作的低歐姆接觸電阻率的半絕緣GaAs光導開關進行測試，使用波長1064 nm、能量5.4mJ、觸發激光脈寬25 ns的激光脈沖觸發設計制作的GaAs光導開關，在直流電壓6 kV時，通過計算得到光導開關的導通電阻僅為0.49 Ω，大大提高了光導開關的使用壽命。
【附圖說明】
[0011]本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
圖1 GaAs光導開關不意圖；
圖2 GaAs光導開關測試電路圖；
圖3(a)、圖3(b)光導開關輸入電壓、輸出電壓和負載光電流波形；
其中:I是GaAs基層，2是增透膜，3是尚反膜，4是n+_GaAs慘雜層，5是金屬層。
【具體實施方式】
[0012]圖1GaAs光導開關示意圖。制作光導開關的半絕緣GaAs材料電阻率大于3 X 18Ω -cm，載流子濃度為3.0X 115 cm—3，迀移率為6500 cm2/VS，厚度為600μπι。同面結構的GaAs光導開關如圖1所示，光導開關制作過程中，首先在GaAs材料表面通過MOCVD的方法外延生長一層n+-GaAs層，摻雜濃度大于119 cm—3，通過濕法刻蝕的方法將電極區域外的高摻雜n+-GaAs層去除，然后通過電子束蒸發的方式將Ge/Au/Ni/Au金屬依次淀積到n+-GaAs層表面，電極間隙為10 mm，尺寸為10 mmX 5 mm。通過快速熱退火的方式形成歐姆接觸，通過TLM方法測試得到歐姆接觸電阻率小于10—6 Ω 最后在GaAs光導開關電極面制作高反膜，背電極面制作增透膜。
[0013]圖2是GaAs光導開關測試電路圖。采用固態脈沖形成線對光導開關進行測試，圖中使用的固態脈沖形成線的電極尺寸均為290 mmX 20 mmX4 mm，LCR測試電容值為6.5 nF，計算可得固態脈沖形成線阻抗約為2.8 Ω，輸出脈寬約為44 ns。使用Pearson線圈測量光導開關的導通電流，線圈靈敏度為0.1 V/A;光導開關加載電壓以及輸出電壓通過TekP6015A高壓探頭測量。
[0014]圖3是光導開關輸入電壓、輸出電壓和負載光電流波形。圖3(a)為沒有制作高反膜和增透膜的GaAs光導開關在輸入電壓6 kV時測得的光導開關加載電壓、輸出電壓以及負載電流波形圖；圖3(b)為制作了高反膜和增透膜的GaAs光導開關在輸入電壓6 kV時測得的光導開關加載電壓、輸出電壓以及負載電流波形圖。從圖中可以看出:制作了高反膜和增透膜的GaAs光導開關在相同的輸入電壓下，開關輸出電壓和負載電流均較大。可以由Ron=(U1-Uc1VIpcss簡單計算得至IjGaAs光導開關的導通電阻Rcin，其中仏為光導開關導通時的輸入電壓值，Uciut為光導開關輸出電壓值，Ipcss為光導開關上通過的最大光電流。計算可得:沒有制作高反膜和增透膜的光導開關導通電阻約為3.3 Ω ;而制作了高反膜和增透膜的光導開關導通電阻僅為0.49 Ω。
[0015]本發明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權項】
1.一種帶有高反膜和增透膜的低導通電阻GaAs光導開關，其特征在于包括GaAs基層，所述GaAs基層的電極面的電極區域上設置有高摻雜n+-GaAs層，所述高摻雜n+-GaAs層表面設置有金屬層，所述GaAs基層電極面的非電極區域上設置一層高反膜，所述GaAs基層背電極面設置一層增透膜， 所述GaAs光導開關的導通電阻為0.49 Ω。2.—種制作如權利要求1所述的一種帶有高反膜和增透膜的低導通電阻GaAs光導開關的方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一:在GaAs材料的電極面通過MOCVD的方法外延生長一層高摻雜Ii+-GaAs層； 步驟二:通過濕法刻蝕的方法將電極區域外的高摻雜Ii+-GaAs層去除； 步驟三:通過電子束蒸發的方式在高摻雜Ii+-GaAs表面淀積一層金屬層，然后通過快速熱退火的方式形成歐姆接觸； 步驟四:在GaAs材料的電極面非電極區域制作一層高反膜，背電極面制作一層增透膜。3.根據權利要求2所述的制作方法，其特征在于所述高摻雜n+-GaAs層摻雜的濃度大于119 cm-3。4.根據權利要求2所述的制作方法，其特征在于所述金屬層從下到上依次包括Ge層、Au層、Ni層、Au層。5.根據權利要求3或4所述的制作方法，其特征在于由高摻雜n+-GaAS層和金屬層組成的歐姆接觸，歐姆接觸電阻率小于10—6 Ω6.根據權利要求5所述的制作方法，其特征在于正電極的電極區域內的歐姆接觸電極間隙為10mm。
【文檔編號】H01L31/08GK105845770SQ201610211004
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月7日
【發明人】欒崇彪, 肖金水, 王波, 黃宇鵬, 李洪濤, 陳敏, 謝衛平
【申請人】中國工程物理研究院流體物理研究所