一种带有高反膜和增透膜的低导通电阻GaAs光导开关的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种带有高反膜和增透膜的低导通电阻GaAs光导开关，包括GaAs基层，所述GaAs基层的电极面的电极区域上设置有高掺杂n+?GaAs层，所述高掺杂n+?GaAs层表面设置有金属层，所述GaAs基层电极面的非电极区域上设置一层高反膜，所述GaAs基层背电极面设置一层增透膜。本发明采用固态脉冲形成线电路对设计制作的低欧姆接触电阻率的半绝缘GaAs光导开关进行测试，使用波长1064 nm、能量5.4mJ、触发激光脉宽25 ns的激光脉冲触发设计制作的GaAs光导开关，在直流电压6 kV时，通过计算得到光导开关的导通电阻仅为0.49Ω，大大提高了光导开关的使用寿命。
【专利说明】
一种带有高反膜和増透膜的低导通电阻GaAs光导开关
技术领域
[0001]本发明属于半导体器件领域，具体涉及一种带有高反膜和增透膜的低导通电阻GaAs光导开关。
【背景技术】
[0002]随着高新技术武器的小型化要求、脉冲功率装置发展和应用领域的拓展，脉冲功率技术的发展呈现两大趋势，一方面朝着单次运行、高峰值功率的方向发展，核禁试后核武器研究转向实验室模拟，主要手段为使用大型脉冲功率源为负载提供很高的峰值功率，通常装置为单次运行，如美国的Z装置；1-3另一方面朝着高重复频率、高平均功率、高能量密度的方向发展，高新技术武器的发展对系统前端的脉冲功率源提出了新的要求，即小型化、模块化、高重复频率运行和长使用寿命。目前，高重复频率、高平均功率、高能量密度的固态脉冲功率源已经成为了脉冲功率技术研究的重要内容。而发展高重复频率、高平均功率、高能量密度的固态脉冲功率装置，开关是最关键的器件。与其它固体开关(如功率半导体开关、半导体断路开关、磁开关等)相比，光导开关具有体积小，重复频率性能好、闭合时间短(ps量级)、时间抖动小(ps量级)、开关电感低(亚纳亨)、同步精度高(ps量级)、电磁兼容性强，使光导开关在固态紧凑型脉冲功率源上有着较为广阔的应用前景。但是，目前制作的大功率GaAs光导开关导通电阻仍然较大，这主要由两方面原因造成:一是开关制作过程中欧姆接触电阻较大;二是GaAs材料光吸收效率低，光生载流子浓度低。光导开关较大的导通电阻会导致光导开关工作状态下焦耳加热现象的发生，造成光导开关的热损伤和热击穿。本文设计了一种新型的光导开关欧姆接触电极结构，并通过蒸镀增透膜和高反膜的方式增加了GaAs材料对1064 nm激光的吸收效率，降低了光导开关导通电阻。所查在GaAs光导开关研究相关文献和专利资料中并未发现有相关带有高反膜和增透膜的GaAs光导开关制作和应用方面相关的专利信息。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种新型的光导开关欧姆接触电极结构，并通过蒸镀增透膜和高反膜的方式增加GaAs材料对1064 nm激光的吸收效率，降低光导开关导通电阻。
[0004]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种带有高反膜和增透膜的低导通电阻GaAs光导开关，包括GaAs基层，所述GaAs基层的电极面的电极区域上设置有高掺杂n+_GaAs层，所述高掺杂n+_GaAs层表面设置有金属层，所述GaAs基层电极面的非电极区域上设置一层高反膜，所述GaAs基层背电极面设置一层增透膜，
所述GaAs光导开关的导通电阻为0.49 Ω。
[0005]—种制作带有高反膜和增透膜的低导通电阻GaAs光导开关的方法，包括如下步骤:
步骤一:在GaAs材料的电极面通过MOCVD的方法外延生长一层高掺杂n+-GaAs层； 步骤二:通过湿法刻蚀的方法将电极区域外的高掺杂n+-GaAs层去除；
步骤三:通过电子束蒸发的方式在高掺杂n+-GaAs表面淀积一层金属层，然后通过快速热退火的方式形成欧姆接触；
步骤四:在GaAs材料的电极面非电极区域制作一层高反膜，背电极面制作一层增透膜。[000?] 在上述技术方案中，所述高掺杂n+-GaAs层掺杂的浓度大于1019 cm_3。
[0007]在上述技术方案中，所述金属层从下到上依次包括Ge层、Au层、Ni层、Au层。
[0008]在上述技术方案中，由高掺杂n+_GaAs层和金属层组成的欧姆接触，欧姆接触电阻率小于 10-6 Ω.cm2 ο
[0009]在上述技术方案中，欧姆接触电极间隙为10mm。
[0010]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
本发明采用固态脉冲形成线电路对设计制作的低欧姆接触电阻率的半绝缘GaAs光导开关进行测试，使用波长1064 nm、能量5.4mJ、触发激光脉宽25 ns的激光脉冲触发设计制作的GaAs光导开关，在直流电压6 kV时，通过计算得到光导开关的导通电阻仅为0.49 Ω，大大提高了光导开关的使用寿命。
【附图说明】
[0011]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
图1 GaAs光导开关不意图；
图2 GaAs光导开关测试电路图；
图3(a)、图3(b)光导开关输入电压、输出电压和负载光电流波形；
其中:I是GaAs基层，2是增透膜，3是尚反膜，4是n+_GaAs惨杂层，5是金属层。
【具体实施方式】
[0012]图1GaAs光导开关示意图。制作光导开关的半绝缘GaAs材料电阻率大于3 X 18Ω -cm，载流子浓度为3.0X 115 cm—3，迀移率为6500 cm2/VS，厚度为600μπι。同面结构的GaAs光导开关如图1所示，光导开关制作过程中，首先在GaAs材料表面通过MOCVD的方法外延生长一层n+-GaAs层，掺杂浓度大于119 cm—3，通过湿法刻蚀的方法将电极区域外的高掺杂n+-GaAs层去除，然后通过电子束蒸发的方式将Ge/Au/Ni/Au金属依次淀积到n+-GaAs层表面，电极间隙为10 mm，尺寸为10 mmX 5 mm。通过快速热退火的方式形成欧姆接触，通过TLM方法测试得到欧姆接触电阻率小于10—6 Ω 最后在GaAs光导开关电极面制作高反膜，背电极面制作增透膜。
[0013]图2是GaAs光导开关测试电路图。采用固态脉冲形成线对光导开关进行测试，图中使用的固态脉冲形成线的电极尺寸均为290 mmX 20 mmX4 mm，LCR测试电容值为6.5 nF，计算可得固态脉冲形成线阻抗约为2.8 Ω，输出脉宽约为44 ns。使用Pearson线圈测量光导开关的导通电流，线圈灵敏度为0.1 V/A;光导开关加载电压以及输出电压通过TekP6015A高压探头测量。
[0014]图3是光导开关输入电压、输出电压和负载光电流波形。图3(a)为没有制作高反膜和增透膜的GaAs光导开关在输入电压6 kV时测得的光导开关加载电压、输出电压以及负载电流波形图；图3(b)为制作了高反膜和增透膜的GaAs光导开关在输入电压6 kV时测得的光导开关加载电压、输出电压以及负载电流波形图。从图中可以看出:制作了高反膜和增透膜的GaAs光导开关在相同的输入电压下，开关输出电压和负载电流均较大。可以由Ron=(U1-Uc1VIpcss简单计算得至IjGaAs光导开关的导通电阻Rcin，其中仏为光导开关导通时的输入电压值，Uciut为光导开关输出电压值，Ipcss为光导开关上通过的最大光电流。计算可得:没有制作高反膜和增透膜的光导开关导通电阻约为3.3 Ω ;而制作了高反膜和增透膜的光导开关导通电阻仅为0.49 Ω。
[0015]本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【主权项】
1.一种带有高反膜和增透膜的低导通电阻GaAs光导开关，其特征在于包括GaAs基层，所述GaAs基层的电极面的电极区域上设置有高掺杂n+-GaAs层，所述高掺杂n+-GaAs层表面设置有金属层，所述GaAs基层电极面的非电极区域上设置一层高反膜，所述GaAs基层背电极面设置一层增透膜， 所述GaAs光导开关的导通电阻为0.49 Ω。2.—种制作如权利要求1所述的一种带有高反膜和增透膜的低导通电阻GaAs光导开关的方法，其特征在于包括如下步骤: 步骤一:在GaAs材料的电极面通过MOCVD的方法外延生长一层高掺杂Ii+-GaAs层； 步骤二:通过湿法刻蚀的方法将电极区域外的高掺杂Ii+-GaAs层去除； 步骤三:通过电子束蒸发的方式在高掺杂Ii+-GaAs表面淀积一层金属层，然后通过快速热退火的方式形成欧姆接触； 步骤四:在GaAs材料的电极面非电极区域制作一层高反膜，背电极面制作一层增透膜。3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于所述高掺杂n+-GaAs层掺杂的浓度大于119 cm-3。4.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于所述金属层从下到上依次包括Ge层、Au层、Ni层、Au层。5.根据权利要求3或4所述的制作方法，其特征在于由高掺杂n+-GaAS层和金属层组成的欧姆接触，欧姆接触电阻率小于10—6 Ω6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于正电极的电极区域内的欧姆接触电极间隙为10mm。
【文档编号】H01L31/08GK105845770SQ201610211004
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】栾崇彪, 肖金水, 王波, 黄宇鹏, 李洪涛, 陈敏, 谢卫平
【申请人】中国工程物理研究院流体物理研究所