CN112614909A - 光导开关器件 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于半导体光导开关器件技术领域，提供了一种光导开关器件，包括：衬底；所述衬底的任一侧面上设置至少两条相互隔离的并行通道；所述并行通道的两端设置不同导电类型的重掺杂浓度的欧姆接触区，所述欧姆接触区上设置的金属电极；在除所述金属电极之外的区域设置的钝化层。通过在衬底上设置多个并行通道实现电流分流，从而降低单个电流丝的电流密度，提升光导开关器件的总功率，提高开关寿命；通过设置不同导电类型的重掺杂浓度的欧姆接触区，使光导开关在反向偏置条件下可以降低暗电流，减小功率损耗，同时避免重掺杂欧姆接触区的载流子向并行通道区注入引起的自击穿，从而提高器件耐压特性。
Description
技术领域
本发明属于半导体光导开关器件技术领域，尤其涉及一种光导开关器件。
背景技术
光导开关是一种超快速半导体电子器件，通过光触发控制半导体材料的电导率，从而实现开关的导通与关断，是产生高功率超短脉冲的关键器件。与传统脉冲功率领域中的开关相比，光导开关具有闭合时间快(ps量级)、抖动小(ps量级)、开关电感低(亚nH量级)、重复频率高、不受电磁干扰、重量轻、体积小等优点，可以在超高的重复频率下以超高的功率容量进行工作。
为了实现大功率光导开关，器件通常在高电压、高电流条件下工作，然而，由于光导开关是通过一定能量的激光触发实现开关的导通与关断，很容易在两个电极之间形成电流密度很高的电流丝，造成光导开关器件损坏，无法实现大功率、长寿命的开关器件。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种光导开关器件，旨在解决现有技术中光导开关器件易损坏，无法实现大功率、长寿命的开关器件的问题。
为实现上述目的，本发明实施例的第一方面提供了一种光导开关器件，包括：衬底；
所述衬底的任一侧面上设置至少两条相互隔离的并行通道；
所述并行通道的两端设置不同导电类型的重掺杂浓度的欧姆接触区，所述重掺杂浓度为掺杂浓度大于或等于1018cm-3；
所述欧姆接触区上设置的金属电极；
在除所述金属电极之外的区域设置的钝化层。
作为本申请另一实施例，所述衬底为硅、砷化镓、氮化镓、碳化硅、金刚石中的任一种。
作为本申请另一实施例，所述并行通道包括上沟道和下沟道，所述上沟道位于所述衬底的表面，所述下沟道位于沟槽的槽底，所述上沟道和所述下沟道基于所述沟槽隔离。
作为本申请另一实施例，所述沟槽的深度为20nm至200nm；
所述沟槽的宽度为50nm至300nm；
相邻沟槽之间的距离为50nm至300nm。
作为本申请另一实施例，所述并行通道的一端设置重掺杂浓度的N型欧姆接触区，另一端设置重掺杂浓度的P型欧姆接触区，且N型欧姆接触区和P型欧姆接触区的间距为0.5mm至15mm，N型欧姆接触区和P型欧姆接触区的深度为0.02μm至2μm。
作为本申请另一实施例，所述重掺杂浓度为掺杂浓度大于或等于1018cm-3，且小于或等于1020cm-3。
作为本申请另一实施例，所述金属电极设置在对应的欧姆接触区范围内；
所述金属电极包括：Ni、Ti、Pt、Al、W、Cr、Mo、Ge以及Au中至少一种金属的组合。
作为本申请另一实施例，所述金属电极均匀覆盖所述欧姆接触区对应的沟槽的槽底、槽壁以及所述欧姆接触区表面，或者，所述金属电极填满欧姆接触区内的沟槽，且在所述欧姆接触区表面覆盖预设的厚度。
作为本申请另一实施例，所述钝化层的材料为SiO2、Al2O3、HfO2、Y2O3、SiNx材料中的一种或至少两种组合。
作为本申请另一实施例，所述钝化层的厚度为50nm至1μm。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：与现有技术相比，本发明通过在衬底上设置多个并行通道实现电流分流，从而降低单个电流丝的电流密度，提升光导开关器件的总功率，提高开关寿命；通过设置不同导电类型的重掺杂浓度的欧姆接触区，使光导开关在反向偏置条件下可以降低暗电流，减小功率损耗，同时避免重掺杂欧姆接触区的载流子向并行通道区注入引起的自击穿，从而提高器件耐压特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的光导开关器件的俯视图；
图2是本发明实施例提供的光导开关器件沿图1中A-A’方向的剖面图；
图3是本发明实施例提供的光导开关器件沿图1中B-B’方向的剖面图；
图4是本发明另一实施例提供的光导开关器件沿图1中B-B’方向的剖面图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1为本发明实施例提供的一种光导开关器件的俯视图，包括：衬底11、并行通道12、欧姆接触区13、金属电极14以及钝化层15；
衬底11；
所述衬底11的任一侧面上设置至少两条相互隔离的并行通道12；
所述并行通道12的两端设置不同导电类型的重掺杂浓度的欧姆接触区13，所述重掺杂浓度为掺杂浓度大于或等于1018cm-3；
所述欧姆接触区13上设置的金属电极14；
在除所述金属电极14之外的区域设置的钝化层15。
上述光导开关器件，通过在衬底上设置多个并行通道实现电流分流，从而降低单个电流丝的电流密度，提升光导开关器件的总功率，提高开关寿命；通过设置不同导电类型的重掺杂浓度的欧姆接触区，使光导开关在反向偏置条件下可以避免重掺杂欧姆接触区的载流子向并行通道区注入引起的自击穿，从而提高器件耐压特性。
可选的，所述衬底11为半绝缘半导体衬底，其材料可以为硅、砷化镓、氮化镓、碳化硅、金刚石中的任一种。
可选的，如图2所示的光导开关器件沿图1中A-A’方向的剖面图，衬底的任一侧面上设置多个与衬底表面平行的沟槽形成至少两条相互隔离的并行通道12，即并行通道12为横向沟槽，其中，并行通道12包括上沟道121和下沟道122，所述上沟道121位于所述衬底的表面，所述下沟道122位于沟槽的槽底，所述上沟道121和所述下沟道122基于所述沟槽隔离。电流可以沿着上沟道121或下沟道122流通。
其中，所述沟槽的深度为20nm至200nm，例如沟槽的深度可以为20nm、30nm、40nm、50nm、100nm、150nm、200nm等。沟槽的深度会影响器件多个并行通道之间的隔离程度，沟槽太浅无法充分隔离每个并行通道，沟槽太深则会增加器件制备工艺难度。
所述沟槽的宽度为50nm至300nm；例如沟槽的宽度可以为50nm、70nm、90nm、100nm、200nm、300nm等。
相邻沟槽之间的距离为50nm至300nm。例如相邻沟槽之间的距离可以为50nm、70nm、90nm、100nm、200nm、300nm等。
基于沟槽相互隔离的多个并行通道可以实现电流分流，载流子在电场作用下沿着上下沟道分别移动，不会形成电流汇聚，降低了单个电流丝的电流密度，从而有利于提高光导开关器件的总功率和开关寿命。
可选的，所述并行通道12的两端设置不同导电类型的重掺杂浓度的欧姆接触区13，如图1或图3所示，图3为光导开关器件沿图1中B-B’方向的剖面图，图3中斜线区域表示欧姆接触区。所述欧姆接触区的重掺杂浓度为掺杂浓度大于或等于1018cm-3，且小于或等于1020cm-3。
可选的，所述并行通道12的一端设置重掺杂浓度的N型欧姆接触区131，另一端设置重掺杂浓度的P型欧姆接触区132，可以由离子注入或扩散形成，且N型欧姆接触区131和P型欧姆接触区132的间距为0.5mm至15mm，N型欧姆接触区131和P型欧姆接触区132的深度为0.02μm至2μm。需要说明的是，欧姆接触区的间距决定了沟槽的长度，沟槽越长，器件的耐压越高，但是，沟槽太长，会增加隔离沟槽刻蚀的难度，且容易形成多通道断裂。
这里欧姆接触区的电阻随着掺杂深度的增加而趋于减小，欧姆接触区掺杂深度太浅会造成欧姆接触差，接触电阻大，但是当掺杂到一定深度后欧姆接触将减小不明显，趋于饱和，而且更深的掺杂需要更大的离子注入能量，对材料损伤较大。
重掺杂的欧姆接触区采用不同的导电类型以及金属电极采用高温难熔金属，有利于提高光导开关的耐压和耐高温特性，即，具有不同导电类型重掺杂区的光导开关在反向偏置条件下，可以降低暗电流，减小功率损耗，同时避免重掺杂欧姆接触区的载流子向沟道区注入引起的自击穿，提高器件耐压特性。
可选的，如图1所示，所述金属电极14设置在对应的欧姆接触区13范围内，金属电极14的面积小于对应的欧姆接触区13的面积。
所述金属电极可以为高温难熔金属中的一种或多种的组合。所述金属电极包括：Ni、Ti、Pt、Al、W、Cr、Mo、Ge以及Au中至少一种金属的组合。
可选的，如图3所示所述金属电极均匀覆盖沟槽的槽底、槽壁以及所述欧姆接触区13表面，或者，如图4所示金属电极填满欧姆接触区13内的沟槽，且在所述欧姆接触区13表面覆盖一定的厚度。
高温难熔的金属电极可以防止大功率导致的电极烧蚀，提高开关器件的耐高温特性。
可选的，如图1所示，所述钝化层15的材料为SiO2、Al2O3、HfO2、Y2O3、SiNx材料中的一种或至少两种组合。
可选的，所述钝化层15的厚度为50nm至1μm。
上述光导开关器件，通过在衬底上设置多个并行通道实现电流分流，从而降低单个电流丝的电流密度，提升光导开关器件的总功率，提高开关寿命；通过设置不同导电类型的重掺杂浓度的欧姆接触区，使光导开关在反向偏置条件下可以降低暗电流，减小功率损耗，同时避免重掺杂欧姆接触区的载流子向并行通道区注入引起的自击穿，从而提高器件耐压特性；金属电极采用高温难熔金属，可以防止大功率导致的电极烧蚀，提高开关器件的耐高温特性。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光导开关器件，其特征在于，包括：
衬底；
所述衬底的任一侧面上设置至少两条相互隔离的并行通道；
所述并行通道的两端设置不同导电类型的重掺杂浓度的欧姆接触区，所述重掺杂浓度为掺杂浓度大于或等于1018cm-3；
所述欧姆接触区上设置的金属电极；
在除所述金属电极之外的区域设置的钝化层。
2.如权利要求1所述的光导开关器件，其特征在于，所述衬底为硅、砷化镓、氮化镓、碳化硅、金刚石中的任一种。
3.如权利要求1所述的光导开关器件，其特征在于，所述并行通道包括上沟道和下沟道，所述上沟道位于所述衬底的表面，所述下沟道位于沟槽的槽底，所述上沟道和所述下沟道基于所述沟槽隔离。
4.如权利要求3所述的光导开关器件，其特征在于，
所述沟槽的深度为20nm至200nm；
所述沟槽的宽度为50nm至300nm；
相邻沟槽之间的距离为50nm至300nm。
5.如权利要求1所述的光导开关器件，其特征在于，所述并行通道的一端设置重掺杂浓度的N型欧姆接触区，另一端设置重掺杂浓度的P型欧姆接触区，且N型欧姆接触区和P型欧姆接触区的间距为0.5mm至15mm，N型欧姆接触区和P型欧姆接触区的深度为0.02μm至2μm。
6.如权利要求1或5所述的光导开关器件，其特征在于，所述重掺杂浓度为掺杂浓度大于或等于1018cm-3，且小于或等于1020cm-3。
7.如权利要求1所述的光导开关器件，其特征在于，
所述金属电极设置在对应的欧姆接触区范围内；
所述金属电极包括：Ni、Ti、Pt、Al、W、Cr、Mo、Ge以及Au中至少一种金属的组合。
8.如权利要求3或4所述的光导开关器件，其特征在于，
所述金属电极均匀覆盖所述欧姆接触区对应的沟槽的槽底、槽壁以及所述欧姆接触区表面，或者，所述金属电极填满欧姆接触区内的沟槽，且在所述欧姆接触区表面覆盖预设的厚度。
9.如权利要求1所述的光导开关器件，其特征在于，所述钝化层的材料为SiO2、Al2O3、HfO2、Y2O3、SiNx材料中的一种或至少两种的组合。
10.如权利要求1或9所述的光导开关器件，其特征在于，所述钝化层的厚度为50nm至1μm。
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