專利名稱：一種具有p／n異質(zhì)結(jié)的半導(dǎo)體激光器芯片的量子阱結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體芯片的設(shè)計(jì)與制造，特別涉及一種具有P/N異質(zhì)結(jié)的半導(dǎo)體激光器芯片的量子阱結(jié)構(gòu)，以提升高速脊波導(dǎo)型半導(dǎo)體激光器芯片的可靠性。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體激光器芯片是現(xiàn)代光通訊網(wǎng)路的最重要的器件，所有的信息都是通過激光器芯片進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后把信息通過光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)绞澜缑恳粋€(gè)角落，其主要應(yīng)用領(lǐng)域有光纖區(qū)域網(wǎng)路(Local Area Network)，光網(wǎng)路存儲(Storage Area Network)，及光纖到戶(Fiber-To-The-Home)，以及今后十年將會改變?nèi)祟惿罘绞降脑朴?jì)算(Cloud Computing)?，F(xiàn)有激光器芯片的基本結(jié)構(gòu)有兩種，脊波導(dǎo)型與掩埋型異質(zhì)結(jié)芯片，目前國際市場上速率超過萬兆級以上的芯片多數(shù)屬于脊波導(dǎo)型AlInGaAs復(fù)合化合物半導(dǎo)體激光器芯片，脊波導(dǎo)型芯片的結(jié)構(gòu)如

圖1所示，由上至下包括P型金屬電極層1、P型摻雜磷化銦半導(dǎo)體層2、非摻雜AUnGaAs半導(dǎo)體量子阱結(jié)構(gòu)3、N型摻雜磷化銦半導(dǎo)體層4、N型摻雜磷化銦襯底層5和N型金屬電極層6。其中，脊波導(dǎo)型芯片的區(qū)域3即為電子與空穴注入并產(chǎn)生光子的量子阱區(qū)域。現(xiàn)有產(chǎn)品的InP摻雜與量子阱設(shè)計(jì)，如圖2所示，橫軸是半導(dǎo)體生長方向，主要區(qū)域有N型磷化銦層、非摻雜的量子阱區(qū)域以及P型磷化銦層，縱軸為載流子(電子和空穴)能級。這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是激光器芯片在承受反向靜電時(shí)，所有的電場全部都施加到非摻雜的量子阱區(qū)域，非常容易造成芯片量子阱區(qū)域的半導(dǎo)體材料的擊穿，從而引起產(chǎn)品失效。激光器芯片的特性包括兩個(gè)方面，一個(gè)是常規(guī)性能指標(biāo)，包括出光功率、波長、閾值電流、調(diào)制速率等；另外一個(gè)則是可靠性指標(biāo)，主要包括抗靜電特性，使用壽命，長期使用的失效率，其中，抗靜電特性是一項(xiàng)非常重要的可靠性指標(biāo)，如果不好，將會在芯片的封裝或者使用過程中產(chǎn)生重大的產(chǎn)品失效，這對于國防通訊、重大公共工程以及國際電訊網(wǎng)絡(luò)將會造成系統(tǒng)失效，給國家、營運(yùn)商或者個(gè)人帶來重大損失和不利影響。所以，怎樣提高芯片在生產(chǎn)、組裝、應(yīng)用中抗靜電的可靠性，將是所有制造商與用戶都極其重視的問題。相對于半導(dǎo)體芯片正負(fù)極，其抗靜電特性包括正向抗靜電與反向抗靜電閾值，如果施加到芯片正向或負(fù)向的電壓超過其閾值，那么激光器芯片內(nèi)部半導(dǎo)體材料將有永久性損傷，甚至造成產(chǎn)品的立刻失效。脊波導(dǎo)激光器芯片的正向抗靜電閾值一般可以達(dá)到 4000V以上，而反向抗靜電閾值大約只有600V，所以對于脊波導(dǎo)型激光器抗靜電特性關(guān)鍵則在于提高反向抗擊穿電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種新型的具有P/N異質(zhì)結(jié)的半導(dǎo)體激光器芯片的量子阱結(jié)構(gòu)，以降低對芯片生產(chǎn)設(shè)備防靜電的要求，提升激光器芯片的可靠性。本發(fā)明主要是將圖1中3和4區(qū)域中的量子阱與磷化銦半導(dǎo)體材料組分和摻雜重新設(shè)計(jì)，來提升芯片的抗靜電特性。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種新型的具有P/N異質(zhì)結(jié)的半導(dǎo)體激光器芯片的量子阱結(jié)構(gòu)，所述的量子阱結(jié)構(gòu)沿半導(dǎo)體生長方向有N型磷化銦層、非摻雜的量子阱區(qū)域以及P型磷化銦層，其特征在于，所述的N型磷化銦層中引入一層非摻雜的磷化銦層，其厚度為0. 1 1微米，該層非摻雜的磷化銦層和非摻雜的量子阱區(qū)域之間的N型摻雜的磷化銦層的厚度為0 2微米。作為上述技術(shù)方案的一種優(yōu)選，所述的N型磷化銦層中的非摻雜的磷化銦層的厚度為0.1 0.5微米。作為上述技術(shù)方案的再一種優(yōu)選，所述的非摻雜的磷化銦層和非摻雜的量子阱區(qū)域之間的N型摻雜的磷化銦層的厚度為0. 1 0. 5微米。如圖3所示，是在N型摻雜的磷化銦區(qū)域，引入一層非摻雜的磷化銦層，該非摻雜的磷化銦層的厚度范圍可以為0. 1 1微米范圍內(nèi)，如果超出這個(gè)范圍，激光器芯片就不能正常工作；該非摻雜的磷化銦層的位置可以有一定的靈活性，最右邊可以到量子阱旁邊，最左邊可以遠(yuǎn)離量子阱2um。也就是說第二層的厚度范圍是0. 1 lum，第三層的厚度可以是 0 2um。優(yōu)選地，其厚度可以從0.1到0.5微米不等，即圖3中的第2層。而圖3的第3 層仍然是N型摻雜的磷化銦，其厚度范圍是0. 1到0. 5微米。該設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)是在芯片承受反向的靜電沖擊時(shí)，一半甚至更多的電場強(qiáng)度會分布到非摻雜的磷化銦區(qū)域，即圖3中的第2層，而真正分步到量子阱的電場強(qiáng)度會大大降低， 因此，靜電對于芯片最重要的量子阱區(qū)域的傷害會降低。因?yàn)楦鶕?jù)泊松方程(Poisson ‘s equation)，dE/dx = P / κ s ε 0,電場強(qiáng)度的分布隨凈電荷區(qū)域分布的不同而變化。其中，E是電場強(qiáng)度，P是凈電荷密度，Ks是半導(dǎo)體介電常數(shù)，ε C1是真空介電常數(shù)。圖如顯示了一個(gè)簡化的PIN型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。假設(shè)橫軸零點(diǎn)是非參雜半導(dǎo)體層⑴中間，兩個(gè)耗盡層分別位于-(Xp) _(Xi/2)和Xi/2 Xn，。根據(jù)耗盡層假設(shè)，靜電荷密度分布為
權(quán)利要求
1.一種具有Ρ/Ν異質(zhì)結(jié)的半導(dǎo)體激光器芯片的量子阱結(jié)構(gòu)，所述的量子阱結(jié)構(gòu)沿半導(dǎo)體生長方向有N型磷化銦層、非摻雜的量子阱區(qū)域以及P型磷化銦層，其特征在于，所述的 N型磷化銦層中引入一層非摻雜的磷化銦層，其厚度為0. 1 1微米，該層非摻雜的磷化銦層和非摻雜的量子阱區(qū)域之間的N型摻雜的磷化銦層的厚度為0 2微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有Ρ/Ν異質(zhì)結(jié)的半導(dǎo)體激光器芯片的量子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的N型磷化銦層中的非摻雜的磷化銦層的厚度為0. 1 0. 5微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有Ρ/Ν異質(zhì)結(jié)的半導(dǎo)體激光器芯片的量子阱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的非摻雜的磷化銦層和非摻雜的量子阱區(qū)域之間的N型摻雜的磷化銦層的厚度為0. 1 0. 5微米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型的具有P/N異質(zhì)結(jié)的半導(dǎo)體激光器芯片的量子阱結(jié)構(gòu)，所述的量子阱結(jié)構(gòu)沿半導(dǎo)體生長方向有N型磷化銦層、非摻雜的量子阱區(qū)域以及P型磷化銦層，其特征在于，所述的N型磷化銦層中引入一層非摻雜的磷化銦層，其厚度為0.1～1微米，該層非摻雜的磷化銦層和非摻雜的量子阱區(qū)域之間的N型摻雜的磷化銦層的厚度為0～2微米。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要有三個(gè)1、提升激光器芯片的可靠性，增強(qiáng)數(shù)據(jù)網(wǎng)路的穩(wěn)定性；2、降低對芯片生產(chǎn)設(shè)備防靜電要求，從而降低設(shè)備成本于芯片成本；3、降低對于下游的芯片封裝廠商的生產(chǎn)環(huán)境要求，便于客戶降低成本，提高可靠性。
文檔編號H01S5/343GK102545059SQ20121002217
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月1日
發(fā)明者任大為, 張欣剛, 謝鎮(zhèn)隆, 邱繼廣 申請人:華漢晶源(北京)光電技術(shù)有限公司