高热稳定性的光导开关及其设计方法和制造方法

本申请属于光导开关，具体涉及一种高热稳定性的光导开关及其设计方法和制造方法。

背景技术：

1、氮化镓gan作为第三代半导体产业发展的核心材料，具有宽带隙、高击穿场强、高电子迁移率和高光利用率等优点，在制备功率半导体器件和光电子器件等领域具有极大的应用前景。

2、光导开关(photoconductivesemiconductorswitches，pcss)是利用激发光源触发半导体开关，具有体积小、损耗低、输出功率高、响应速度快、重复频率高等优良特性，在医疗、军事、航空航天等领域有广泛的应用前景。

3、然而，由于在高温下光利用率低，限制了光导开关在不同场景中的大规模应用。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种高热稳定性的光导开关及其设计方法和制造方法，以解决现有技术中存在的由于在高温下光利用率低，限制了光导开关在不同场景中的大规模应用的技术问题。

2、为了实现上述目的，本申请采用的一个技术方案是：

3、提供一种高热稳定性的光导开关的设计方法，包括：

4、设定目标工作波长；

5、基于所述目标工作波长，确定衬底的材料；

6、基于所述目标工作波长，确定设计工作波长；

7、确定光学薄膜的材料，所述光学薄膜包括材料不同的第一薄膜和第二薄膜；

8、确定增透膜的目标透光率，基于所述目标透光率、所述设计工作波长和所述光学薄膜的材料，确定所述增透膜的结构，所述增透膜为所述第一薄膜和第二薄膜交替层叠设置的多层膜；

9、确定反射膜的目标反射率，基于所述目标反射率、所述设计工作波长和所述光学薄膜的材料，确定所述反射膜的结构，所述反射膜为所述第一薄膜和第二薄膜交替层叠设置的多层膜；

10、基于所述衬底的材料、所述光学薄膜的材料、所述增透膜的结构和所述反射膜的结构，得到高热稳定性的光导开关模型。

11、在一个或多个实施方式中，所述目标工作波长在492～577nm范围内，所述衬底的材料为氮化镓。

12、在一个或多个实施方式中，所述目标工作波长在492～577nm范围内，所述设计工作波长比所述目标工作波长大45～55nm。

13、在一个或多个实施方式中，所述第一薄膜的材料为二氧化钛，所述第二薄膜的材料为二氧化硅。

14、为了实现上述目的，本申请采用的另一个技术方案是：

15、提供一种高热稳定性的光导开关，通过上述任一实施方式所述的高热稳定性的光导开关的设计方法设计得到。

16、在一个或多个实施方式中，所述光导开关的工作波长在492～577nm范围内，所述光导开关包括：

17、衬底，包括相背设置的第一表面和第二表面；

18、增透膜，布置在所述第一表面上，所述增透膜为由层叠交替的二氧化钛薄膜和二氧化硅薄膜组成的六层膜结构，且所述增透膜的一个所述二氧化钛薄膜与所述衬底接触；

19、欧姆接触电极层，间隔布置在所述第二表面上，所述欧姆接触电极层上设有露出所述衬底的空隙；

20、反射膜，布置在所述第二表面上的所述空隙处，所述反射膜为由层叠交替的二氧化钛薄膜和二氧化硅薄膜组成的二十层膜结构，且所述反射膜的一个所述二氧化硅薄膜与所述衬底接触。

21、在一个或多个实施方式中，所述增透膜中的沿背离所述衬底方向排列的三个所述二氧化钛薄膜的厚度依次为42～43nm、41～42nm、46～47nm；所述增透膜中的沿背离所述衬底方向排列的三个所述二氧化硅薄膜的厚度依次为331～332nm、194～195nm、267～268nm。

22、在一个或多个实施方式中，所述反射膜中的十个所述二氧化钛薄膜的厚度均为89～90nm；所述反射膜中的十个所述二氧化硅薄膜的厚度为67～68nm。

23、为了实现上述目的，本申请采用的又一个技术方案是：

24、提供一种高热稳定性的光导开关的制备方法，包括：

25、在衬底的第一表面生长外延层，刻蚀后淀积金属形成欧姆接触层，所述欧姆接触层包括露出所述衬底的空隙；

26、在所述衬底的第二表面采用真空蒸镀法逐层蒸镀二氧化钛薄膜和二氧化硅薄膜，形成增透膜；

27、在所述衬底的所述第一表面的所述空隙处采用真空蒸镀法逐层蒸镀二氧化钛薄膜和二氧化硅薄膜，形成反射膜；

28、在保护气体氛围下，高温退火，得到光导开关。

29、在一个或多个实施方式中，所述真空蒸镀法的温度为130℃，所述保护气体为氮气，所述高温退火的温度为700～1000℃，退火时间为30～150s。

30、区别于现有技术，本申请的有益效果是：

31、本申请的光导开关具有耐高温、热稳定性强的优点，反射膜和增透膜的反射率在高温下保持稳定，能够应用于高温环境，保持高光利用率；

32、本申请的设计方法通过基于目标工作波长，获得设计工作波长，基于设计工作波长设计反射膜和增透膜的结构，有助于反射膜和增透膜退火后变形至稳定状态，并在高温下保持高光利用率；

33、本申请的制备方法通过对光导开关进行退火处理，有效提高了光导开关的热稳定性，有助于光导开关在高温下保持反射率，以保持高光利用率。

技术特征：

1.一种高热稳定性的光导开关的设计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述目标工作波长在492～577nm范围内，所述衬底的材料为氮化镓。

3.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述目标工作波长在492～577nm范围内，所述设计工作波长比所述目标工作波长大45～55nm。

4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述第一薄膜的材料为二氧化钛，所述第二薄膜的材料为二氧化硅。

5.一种高热稳定性的光导开关，其特征在于，通过权利要求1至4任一所述的高热稳定性的光导开关的设计方法设计得到。

6.根据权利要求5所述的光导开关，其特征在于，所述光导开关的工作波长在492～577nm范围内，所述光导开关包括：

7.根据权利要求6所述的光导开关，其特征在于，所述增透膜中的沿背离所述衬底方向排列的三个所述二氧化钛薄膜的厚度依次为42～43nm、41～42nm、46～47nm；所述增透膜中的沿背离所述衬底方向排列的三个所述二氧化硅薄膜的厚度依次为331～332nm、194～195nm、267～268nm。

8.根据权利要求6所述的光导开关，其特征在于，所述反射膜中的十个所述二氧化钛薄膜的厚度均为89～90nm；所述反射膜中的十个所述二氧化硅薄膜的厚度为67～68nm。

9.一种高热稳定性的光导开关的制备方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述真空蒸镀法的温度为130℃，所述保护气体为氮气，所述高温退火的温度为700～1000℃，退火时间为30～150s。

技术总结
本申请公开了一种高热稳定性的光导开关及其设计方法和制造方法,设计方法，包括设定目标工作波长；确定衬底的材料；确定设计工作波长；确定光学薄膜的材料；确定增透膜的目标透光率，基于所述目标透光率、所述设计工作波长和所述光学薄膜的材料，确定所述增透膜的结构；确定反射膜的目标反射率，基于所述目标反射率、所述设计工作波长和所述光学薄膜的材料，确定所述反射膜的结构；得到高热稳定性的光导开关模型。本申请的光导开关具有耐高温、热稳定性强的优点，反射膜和增透膜的反射率在高温下保持稳定，能够应用于高温环境，保持高光利用率。

技术研发人员：孙远航,张育民,孟文利,梁国松,王建峰,徐科
受保护的技术使用者：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13