專(zhuān)利名稱：一種集成保護(hù)二極管的大功率半導(dǎo)體激光芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成保護(hù)二極管的大功率半導(dǎo)體激光芯片結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體激光技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器具有光電轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)及波長(zhǎng)覆蓋范圍廣可調(diào)諧等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于泵浦、通訊、材料加工、醫(yī)療以及激光測(cè)距、激光雷達(dá)、激光制導(dǎo)等軍事領(lǐng)域。根據(jù)半導(dǎo)體激光芯片老化測(cè)試結(jié)果表明，大功率半導(dǎo)體激光器的使用壽命可以達(dá) 到上萬(wàn)小時(shí)，但是應(yīng)用統(tǒng)計(jì)表明，半導(dǎo)體激光器常常會(huì)突然失效，其主要原因是半導(dǎo)體激光二極管作為一種半導(dǎo)體器件，以半導(dǎo)體材料作為工作物質(zhì)，采用電注入式，在P_n結(jié)上加正向電壓，使其在結(jié)平面內(nèi)產(chǎn)生受激發(fā)射。因此，過(guò)大的電流注入會(huì)導(dǎo)致p-n結(jié)擊穿。容易受靜電和浪涌的沖擊損傷，一般半導(dǎo)體激光芯片在靜電和浪涌沖擊后，不會(huì)立即表現(xiàn)出很明顯的損傷，而是一種累加性的損壞，導(dǎo)致性能下降，壽命減短等。靜電對(duì)芯片的沖擊主要在于干燥的環(huán)境中易造成靜電的產(chǎn)生與積累，當(dāng)人體觸及半導(dǎo)體激光芯片時(shí)，人體的靜電可使半導(dǎo)體激光芯片PN結(jié)瞬間擊穿。而浪涌的產(chǎn)生在于驅(qū)動(dòng)電源頻繁和間或的開(kāi)啟關(guān)閉，以及開(kāi)關(guān)接觸不良情況下等造成的電脈沖，引起半導(dǎo)體激光器過(guò)電流，也會(huì)使其PN結(jié)發(fā)生擊穿。因此半導(dǎo)體激光芯片的防靜電和浪涌的措施是非常必要的。目前商業(yè)應(yīng)用的大功率半導(dǎo)體堆棧普遍采用在正負(fù)極間并聯(lián)一個(gè)瞬態(tài)電壓抑制二極管，防止靜電和浪涌產(chǎn)生的瞬間電脈沖，以免半導(dǎo)體激光器瞬時(shí)承受過(guò)高電壓而使PN結(jié)擊穿，并且在激光器不工作時(shí)，需將其兩個(gè)電極短接。雖然這種外接保護(hù)電阻的方法能夠起到保護(hù)激光器芯片的作用，但是，在激光芯片形成激光器使用前，需要測(cè)試、封裝等操作，在此過(guò)程中，芯片缺乏保護(hù)容易損害。因此，從事半導(dǎo)體激光器的工作人員需要穿戴防靜電服，手腕上戴防靜電手腕帶，甚至需要帶防靜電指套，操作小心謹(jǐn)慎。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服大功率半導(dǎo)體激光芯片易受靜電和浪涌損傷的缺點(diǎn)和不足，提出一種集成保護(hù)二極管的大功率半導(dǎo)體激光芯片結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有的大功率半導(dǎo)體激光芯片相比，本發(fā)明是在半導(dǎo)體激光器芯片上選擇非發(fā)光區(qū)域進(jìn)行刻蝕，生長(zhǎng)與發(fā)光區(qū)域摻雜類(lèi)型相反的保護(hù)二極管，通過(guò)并聯(lián)反向二極管將半導(dǎo)體激光芯片兩端的電壓限制在一個(gè)安全低壓的范圍，并在極短的時(shí)間內(nèi)吸收靜電和浪涌產(chǎn)生的能量，從而很好的防護(hù)半導(dǎo)體激光芯片，延長(zhǎng)器件使用壽命，降低成本。本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)更加完善的集成保護(hù)二極管的大功率半導(dǎo)體激光芯片結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案
一種集成保護(hù)二極管的大功率半導(dǎo)體激光芯片，其特征在于在半導(dǎo)體激光器芯片上選擇非發(fā)光區(qū)域進(jìn)行刻蝕，生長(zhǎng)與發(fā)光區(qū)域摻雜類(lèi)型相反的二極管。一種集成保護(hù)二極管的大功率半導(dǎo)體激光芯片的制作方法，其特征在于包括如下步驟I)在襯底材料上，采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積進(jìn)行外延層生長(zhǎng)，依次完成N型摻雜的限制層，N型摻雜的波導(dǎo)層，量子阱，P型摻雜的波導(dǎo)層；P型摻雜的限制層的生長(zhǎng)；2)采用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體光刻及腐蝕工藝，根據(jù)設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體激光芯片結(jié)構(gòu)，選擇半導(dǎo)體激光芯片中非發(fā)光區(qū)域進(jìn)行刻蝕，直至露出襯底材料；3)在芯片刻蝕完成后，繼續(xù)生長(zhǎng)一層二氧化硅，將非刻蝕區(qū)域進(jìn)行保護(hù)；4)采用濕法刻蝕將刻蝕區(qū)域的二氧化硅去掉，在襯底上外延生長(zhǎng)P型摻雜層，然 后外延生長(zhǎng)本征層和N型摻雜層，形成保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)；5)通過(guò)干刻將步驟4)中生長(zhǎng)的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)與步驟I)中生長(zhǎng)的外延層發(fā)光區(qū)域隔開(kāi)，形成一個(gè)摻雜與激光器芯片發(fā)光區(qū)域摻雜類(lèi)型相反的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)；6)在步驟4)中所生成的保護(hù)二極管的N型摻雜層上采用光刻膠保護(hù)，然后采用半導(dǎo)體光刻及腐蝕工藝刻蝕掉步驟4)中非刻蝕區(qū)域上生長(zhǎng)的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)層和步驟3)中生長(zhǎng)的二氧化硅層；7)將步驟6)中保護(hù)二極管的N型摻雜層上的光刻膠去掉去膠，露出二極管N型摻雜層。所述的一種集成保護(hù)二極管的大功率半導(dǎo)體激光芯片的制作方法，還包括可以生長(zhǎng)2個(gè)以上的與激光器芯片反向的保護(hù)二極管。本發(fā)明可以取得如下有益效果本發(fā)明所述的大功率半導(dǎo)體激光芯片，能夠解決背景技術(shù)中所述激光芯片易受靜電和浪涌沖擊失效的缺點(diǎn)，同時(shí)也避免了外接保護(hù)電阻的方法的局限性，在集成反向保護(hù)二極管后，可以有效避免靜電和浪涌等對(duì)半導(dǎo)體激光芯片沖擊，導(dǎo)致器件性能的退化。通過(guò)反向二極管的有限保護(hù)，降低了對(duì)半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電源的要求，可以增加二極管的使用壽命，從而進(jìn)一步降低了半導(dǎo)體激光使用成本，能夠更好的促進(jìn)半導(dǎo)體激光應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展。


圖1為本發(fā)明所述的集成保護(hù)二極管的半導(dǎo)體激光芯片結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明所述的集成多個(gè)保護(hù)二極管的半導(dǎo)體激光芯片結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1、襯底，2、N型摻雜的限制層，3、N型摻雜的波導(dǎo)層，4、量子阱，5、P型摻雜的波導(dǎo)層，6、P型摻雜的限制層，7、保護(hù)二極管P型摻雜層，8、保護(hù)二極管本征層，9、保護(hù)二極管N型摻雜層
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖，以GaAs基半導(dǎo)體激光器，但不限于GaAs基半導(dǎo)體激光器對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例1 :為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和特征，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1所示，一種集成保護(hù)二極管的大功率半導(dǎo)體激光芯片結(jié)構(gòu)。I)在材料為GaAs的襯底I材料上，采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法進(jìn)行外延層生長(zhǎng)，依次完成N型摻雜的限制層2生長(zhǎng)，N型摻雜的限制層2的材料為N-AlGaAs,完成N型摻雜的波導(dǎo)層3的生長(zhǎng)，N型摻雜的波導(dǎo)層3的材料是N-GaAs,完成量子講4的生長(zhǎng),量子阱4的材料是InGaAs，完成P型摻雜波導(dǎo)層5的生長(zhǎng)，P型摻雜波導(dǎo)層5的材料是P-GaAs ；完成P型摻雜的限制層6的生長(zhǎng)，P型摻雜的限制層6的材料是P-AlGaAs ；2)采用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體光刻及腐蝕工藝，根據(jù)設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體激光芯片結(jié)構(gòu)，選擇半導(dǎo)體激光芯片中非發(fā)光區(qū)域進(jìn)行刻蝕，直至露出GaAs襯底I ;3)在芯片刻蝕完成后，繼續(xù)生長(zhǎng)一層二氧化硅，將非刻蝕區(qū)域進(jìn)行保護(hù)；
4)采用濕法刻蝕將刻蝕區(qū)域的二氧化硅去掉，在GaAs襯底I外延生長(zhǎng)保護(hù)二極管P型摻雜層7，材料為P-GaAs，生長(zhǎng)保護(hù)二極管本征層8，材料為GaAs和生長(zhǎng)保護(hù)二極管N型摻雜層9，材料為N-GaAs，形成保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)；5)通過(guò)干刻將步驟4)中生長(zhǎng)的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)與步驟I)中生長(zhǎng)的外延層發(fā)光區(qū)域隔開(kāi)，形成一個(gè)摻雜與激光器芯片發(fā)光區(qū)域摻雜類(lèi)型相反的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)；6)在步驟4)中所生成的保護(hù)二極管的N型摻雜層9上采用光刻膠保護(hù)，然后采用半導(dǎo)體光刻及腐蝕工藝刻蝕掉步驟4)中非刻蝕區(qū)域上生長(zhǎng)的保護(hù)二極管N型摻雜層9、本征層8、P型摻雜層7和步驟3)中生長(zhǎng)的二氧化硅層；7)將步驟6)中保護(hù)二極管N型摻雜層9上的光刻膠去掉去膠，露出二極管N型摻雜層9。為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和特征，如圖2所示，一種集成保護(hù)二極管的大功率半導(dǎo)體激光芯片結(jié)構(gòu)，還可以半導(dǎo)體激光芯片發(fā)光區(qū)域與多個(gè)反向二極管的并聯(lián)。
權(quán)利要求
1.一種集成保護(hù)二極管的大功率半導(dǎo)體激光芯片，其特征在于在半導(dǎo)體激光器芯片上選擇非發(fā)光區(qū)域進(jìn)行刻蝕，生長(zhǎng)與發(fā)光區(qū)域摻雜類(lèi)型相反的二極管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成保護(hù)二極管的大功率半導(dǎo)體激光芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于包括如下步驟1)在襯底(I)材料上，采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積進(jìn)行外延層生長(zhǎng)，依次完成N型摻雜的限制層(2)，N型摻雜的波導(dǎo)層(3)，量子阱(4)，P型摻雜的波導(dǎo)層(5)，P型摻雜的限制層 (6)的生長(zhǎng);2)采用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體光刻及腐蝕工藝，根據(jù)設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體激光芯片結(jié)構(gòu)，選擇半導(dǎo)體激光芯片中非發(fā)光區(qū)域進(jìn)行刻蝕，直至露出襯底(I)材料；3)在芯片刻蝕完成后，繼續(xù)生長(zhǎng)一層二氧化硅，將非刻蝕區(qū)域進(jìn)行保護(hù)；4)采用濕法刻蝕將刻蝕區(qū)域的二氧化硅去掉，在襯底(I)上外延生長(zhǎng)保護(hù)二極管P型摻雜層(7)，然后外延生長(zhǎng)保護(hù)二極管本征層(8)和保護(hù)二極管N型摻雜層(9)，形成保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)；5)通過(guò)干刻將步驟4)中生長(zhǎng)的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)與步驟I)中生長(zhǎng)的外延層發(fā)光區(qū)域隔開(kāi)，形成一個(gè)摻雜與激光器芯片發(fā)光區(qū)域摻雜類(lèi)型相反的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)；6)在步驟4)中所生成的保護(hù)二極管的N型摻雜層(9)上采用光刻膠保護(hù)，然后采用半導(dǎo)體光刻及腐蝕工藝刻蝕掉步驟4)中非刻蝕區(qū)域上生長(zhǎng)的保護(hù)二極管結(jié)構(gòu)和步驟3)中生長(zhǎng)的二氧化硅層；7)將步驟6)中保護(hù)二極管N型摻雜層(9)上的光刻膠去掉去膠，露出二極管N型摻雜層(9 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種集成保護(hù)二極管的大功率半導(dǎo)體激光芯片的制作方法， 其特征在于其還可以在非發(fā)光區(qū)生長(zhǎng)2個(gè)以上的與激光器芯片反向的保護(hù)二極管。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種集成保護(hù)二極管的大功率半導(dǎo)體激光芯片結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體激光技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明在現(xiàn)有大功率半導(dǎo)體激光器外延材料體系基礎(chǔ)上增加生長(zhǎng)二極管，該二極管可以防止浪涌和靜電等不利因素對(duì)半導(dǎo)體激光芯片的損傷，起到保護(hù)器件，延長(zhǎng)使用壽命的作用。
文檔編號(hào)H01S5/00GK103022891SQ201210515020
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月4日
發(fā)明者王智勇, 堯舜, 潘飛 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)