專利名稱：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
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型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-η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(fù)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(jǐn)慎。

實用新型內(nèi)容本實用新型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，本實用新型是在半導(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。本實用新型提出一種結(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)上述實用新型目的，本實用新型采取如下技術(shù)方案:[0009]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:I)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(biāo)準(zhǔn)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I)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。本實用新型可以取得如下有益效果:本實用新型所述的大功率半導(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。

圖1為本實用新型所述的集成保護二極管的半導(dǎo)體激光芯片結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型所述的集成多個保護二極管的半導(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、保護二極管P型摻雜層，8、保護二極管本征層，9、保護二極管N型摻雜層
具體實施方式
: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)體激光器對本實用新型的具體實施方式
進一步說明:實施例1:[0026]為了進一步說明本實用新型的結(jié)構(gòu)和特征，以下結(jié)合實施例及附圖對本實用新型進一步的說明。如圖1所示，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)。I)在材料為GaAs的襯底I材料上，采用金屬有機化學(xué)氣相沉積法進行外延層生長，依次完成N型摻雜的限制層2生長，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，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,量子阱4的材料是InGaAs，完成P型摻雜波導(dǎo)層5的生長，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，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GaAs襯底I ;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GaAs襯底I外延生長保護二極管P型摻雜層7，材料為P-GaAs，生長保護二極管本征層8，材料為GaAs和生長保護二極管N型摻雜層9，材料為N-GaAs，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I)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9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N型摻雜層9、本征層8、P型摻雜層7和步驟3)中生長的二氧化硅層；7)將步驟6)中保護二極管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。為了進一步說明本實用新型的結(jié)構(gòu)和特征，如圖2所示，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)，還可以半導(dǎo)體激光芯片發(fā)光區(qū)域與多個反向二極管的并聯(lián)。
權(quán)利要求1.一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)體激光器芯片上的非發(fā)光區(qū)域設(shè)置有進行刻蝕后生長的與發(fā)光區(qū)域摻雜類型相反的二極管。
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2個以上的與激光器芯片反向的保護二極管。
專利摘要本實用新型公開了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。本實用新型在現(xiàn)有大功率半導(dǎo)體激光器外延材料體系基礎(chǔ)上增加生長二極管，該二極管可以防止浪涌和靜電等不利因素對半導(dǎo)體激光芯片的損傷，起到保護器件，延長使用壽命的作用。
文檔編號H01S5/00GK203056366SQ201220661779
公開日2013年7月10日 申請日期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 申請人:北京工業(yè)大學(xué)