[發(fā)明專利]一種集成保護二極管的大功率半導(dǎo)體激光芯片

無效

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• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN103022891A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王智勇;堯舜;潘飛
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01S5/00
• 分類號: H01S5/00;H01L27/06;H01L21/82
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種集成保護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、壽命長及波長覆蓋范圍廣可調(diào)諧等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于泵浦、通訊、材料加工、醫(yī)療以及激光測距、激光雷達、激光制導(dǎo)等軍事領(lǐng)域。

根據(jù)半導(dǎo)體激光芯片老化測試結(jié)果表明，大功率半導(dǎo)體激光器的使用壽命可以達到上萬小時，但是應(yīng)用統(tǒng)計表明，半導(dǎo)體激光器常常會突然失效，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，過大的電流注入會導(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，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)動電源頻繁和間或的開啟關(guān)閉，以及開關(guān)接觸不良情況下等造成的電脈沖，引起半導(dǎo)體激光器過電流，也會使其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極間并聯(lián)一個瞬態(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)體激光器瞬時承受過高電壓而使PN結(jié)擊穿，并且在激光器不工作時，需將其兩個電極短接。

雖然這種外接保護電阻的方法能夠起到保護激光器芯片的作用，但是，在激光芯片形成激光器使用前，需要測試、封裝等操作，在此過程中，芯片缺乏保護容易損害。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和不足，提出一種集成保護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)域進行刻蝕，生長與發(fā)光區(qū)域摻雜類型相反的保護二極管，通過并聯(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安全低壓的范圍，并在極短的時間內(nèi)吸收靜電和浪涌產(chǎn)生的能量，從而很好的防護半導(dǎo)體激光芯片，延長器件使用壽命，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二極管的大功率半導(dǎo)體激光芯片結(jié)構(gòu)，為實現(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)域進行刻蝕，生長與發(fā)光區(qū)域摻雜類型相反的二極管。

一種集成保護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：

1)在襯底材料上，采用金屬有機化學(xué)氣相沉積進行外延層生長，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；

2）采用標準半導(dǎo)體光刻及腐蝕工藝，根據(jù)設(shè)計的半導(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)生長一層二氧化硅，將非刻蝕區(qū)域進行保護；

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P型摻雜層，然后外延生長本征層和N型摻雜層，形成保護二極管結(jié)構(gòu)；

5）通過干刻將步驟4）中生長的保護二極管結(jié)構(gòu)與步驟1）中生長的外延層發(fā)光區(qū)域隔開，形成一個摻雜與激光器芯片發(fā)光區(qū)域摻雜類型相反的保護二極管結(jié)構(gòu)；

6）在步驟4）中所生成的保護二極管的N型摻雜層上采用光刻膠保護，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)域上生長的保護二極管結(jié)構(gòu)層和步驟3）中生長的二氧化硅層；

7）將步驟6）中保護二極管的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2個以上的與激光器芯片反向的保護二極管。

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，同時也避免了外接保護電阻的方法的局限性，在集成反向保護二極管后，可以有效避免靜電和浪涌等對半導(dǎo)體激光芯片沖擊，導(dǎo)致器件性能的退化。通過反向二極管的有限保護，降低了對半導(dǎo)體激光驅(qū)動電源的要求，可以增加二極管的使用壽命，從而進一步降低了半導(dǎo)體激光使用成本，能夠更好的促進半導(dǎo)體激光應(yīng)用領(lǐng)域的擴展。