CN215867429U - 一种改善SiC光导器件量子效率的器件结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及光导器件领域，特别是一种改善SiC光导器件量子效率的器件结构，包括SiC衬底，所述SiC衬底上下表面设有透明电极，两个所述透明电极外表面设有DBR反射层；所述DBR反射层包括若干高折射率层和若干低折射率层，若干所述高折射率层、若干所述低折射率层交错设置，所述DBR反射层最上层和最下层为高折射率层。本实用新型能够增强光导器件对外界光激发的响应能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及光导器件领域，特别是一种改善SiC光导器件量子效率的器件结构。
背景技术
光导器件在大功率领域和超快电子技术等领域的应用引起了人们极大的兴趣，未来前景可期。碳化硅(SiC)更是由于其高临界电场、高电子饱和速度、高热导率和热稳定性等优点成为很有前途的光导器件材料。但目前阻碍SiC光导器件实际应用最大的难点，是其极低的量子效率，导致需要较大的激光功率才能激发光导器件产生足够的载流子和足够的输出，而高功率激光器需要额外的体积和更大的配套电源设施，使得光导器件的应用系统过于复杂和昂贵。因此，通过合适的工艺或封装结构，有效改善光导器件的量子效率，能显著降低对相应光源和配套系统的需求，有利于推动光导器件的实际应用。
光导器件的量子效率主要分为光吸收率和光激发率两部分，光吸收率决定了器件对外界激光能量的有效吸收能力，而光激发率则决定了吸收的光能量对器件内部载流子的有效激活能力。通过器件结构的设计，增强入射光在光导器件内部的光程，是一种有效提高光导器件光吸收率的方式。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种改善SiC光导器件量子效率的器件结构，以解决上述问题，实现增强光导器件对外界光激发的响应能力的目的。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
一种改善SiC光导器件量子效率的器件结构，包括SiC衬底，所述SiC衬底上下表面设有透明电极，两个所述透明电极外表面设有DBR反射层；
所述DBR反射层包括若干高折射率层和若干低折射率层，若干所述高折射率层、若干所述低折射率层交错设置，所述DBR反射层最上层和最下层为高折射率层。
优选的，所述SiC衬底为掺杂钒的4H-SiC材料，所述钒的掺杂浓度为10^16～10^ 17cm-3，所述SiC衬底厚度为800～1500μm。
优选的，所述透明电极为掺铝的氧化锌材料或掺镓的氧化锌材料，所述透明电极通过磁控溅射方法高温沉积在所述SiC衬底上下表面，所述透明电极厚度为300～700nm，所述透明电极生长温度为350～500℃。
优选的，所述高折射率层为二氧化钛、氧化铝、氮化铝中的一种，所述高折射率层厚度为30-80nm。
优选的，所述低折射率层为二氧化硅、氮化硅中的一种，所述低折射率层厚度为80-150nm。
优选的，若干所述高折射率层和若干所述低折射率层总层数为10-30层，若干所述高折射率层和若干所述低折射率层总厚度为0.5-3.6μm。
本实用新型具有如下技术效果：
本实用新型通过在改变SiC光导器件结构，实现侧向入射的激光，进入SiC衬底中，在上下两个DBR反射层之间多次反射，提高光导器件的有效光吸收的比率，增强光导器件对外界光激发的响应能力。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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为本实用新型光导器件结构的示意图；
图2为本实用新型DBR反射层的结构示意图；
图3为本实用新型DBR反射层数对反射率的影响图；
图4是本实用新型入射光反射效果图。
其中1、SiC衬底；2、透明电极；3、DBR反射层；4、高折射率层；5、低折射率层。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
参照图1-4所示，本实用新型提供一种改善SiC光导器件量子效率的器件结构，包括SiC衬底1，SiC衬底1上下表面设有透明电极2，两个透明电极2外表面设有DBR反射层3；
DBR反射层3包括若干高折射率层4和若干低折射率层5，若干高折射率层4、若干低折射率层5交错设置，DBR反射层3最上层和最下层为高折射率层4。
本实用新型通过在SiC衬底1两侧设置两个DBR反射层3，SiC衬底1对有效光进行吸收，吸收不完全的光入射至DBR反射层3，然后经过DBR反射层3反射回SiC衬底1内继续进行吸收，如此往复，增强了SiC衬底1的吸光效率，将DBR反射层3设置为高折射率层4和低折射率层5叠加，改变光在DBR反射层3的反射角度，从而增强了光在两层DBR反射层3的次数，从而增加SiC衬底1的吸光效率。
进一步优化方案，SiC衬底1为掺杂钒的4H-SiC材料，钒的掺杂浓度为10^16～10^ 17cm-3，SiC衬底1厚度为800～1500μm。通过在SiC衬底1内掺杂钒客体提升SiC衬底1的激活光范围。
进一步优化方案，透明电极2为掺铝的氧化锌材料或掺镓的氧化锌材料，透明电极2通过磁控溅射方法高温沉积在SiC衬底1上下表面，透明电极2厚度为300～700nm，透明电极2生长温度为350～500℃。透明电极2厚度为入射光波长四分之一的奇数倍。
进一步优化方案，高折射率层4为二氧化钛、氧化铝、氮化铝中的一种，高折射率层4厚度为30-80nm。高折射率层4通过磁控溅射、离子辅助物理气相沉积等方法高温沉积在上、下透镜电极表面，生长温度为350～500℃；
进一步优化方案，低折射率层5为二氧化硅、氮化硅中的一种，低折射率层5厚度为80-150nm。低折射率层5通过磁控溅射、离子辅助物理气相沉积等方法高温沉积在上、下透镜电极表面，生长温度为350～500℃；
进一步优化方案，若干高折射率层4和若干低折射率层5总层数为10-30层，若干高折射率层4和若干低折射率层5总厚度为0.5-3.6μm。高折射率层4、低折射率层5为入射波长的四分之一。
通过本实用新型结构改进后，针对入射光波长的反射率超过98％。
高折射率层4设置为6层，低折射率层5设置为5层，共11层，总厚度为532nm。
在SiC衬底1表面，使用磁控溅射方法高温溅射AZO薄膜形成透明电极2，之后在SiC衬底1背面进行相同的工艺操作，也溅射一层相同厚度的AZO薄膜形成透明电极2，薄膜厚度满足入射波长的1/4的奇数倍，即1/4、3/4、5/4等等，在该厚度下可最大化减小光能量在AZO材料中的损失。
在溅射好的AZO薄膜表面，使用磁控溅射方法继续高温溅射高折射率层4二氧化钛，厚度满足入射光波长的1/4，溅射完成后，继续溅射低折射率层5二氧化硅，厚度也满足入射光波长的1/4，交替溅射，一共溅射11层以上，保证首层和尾层均为高折射率层4。将器件翻转，继续在背面使用相同的工艺制备DBR结构。这样完成了光导器件的结构制备。
完整的器件结构对入射光反射效果的影响，当侧面入射的光反射测试足够多，可使得超过90％的入射光能量被SiC衬底1吸收。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种改善SiC光导器件量子效率的器件结构，其特征在于：包括SiC衬底(1)，所述SiC衬底(1)上下表面设有透明电极(2)，两个所述透明电极(2)外表面设有DBR反射层(3)；
所述DBR反射层(3)包括若干高折射率层(4)和若干低折射率层(5)，若干所述高折射率层(4)、若干所述低折射率层(5)交错设置，所述DBR反射层(3)最上层和最下层为高折射率层(4)。
2.根据权利要求1所述的一种改善SiC光导器件量子效率的器件结构，其特征在于：所述透明电极(2)为掺铝的氧化锌材料或掺镓的氧化锌材料，所述透明电极(2)通过磁控溅射方法高温沉积在所述SiC衬底(1)上下表面，所述透明电极(2)厚度为300～700nm，所述透明电极(2)生长温度为350～500℃。
3.根据权利要求1所述的一种改善SiC光导器件量子效率的器件结构，其特征在于：所述高折射率层(4)为二氧化钛、氧化铝、氮化铝中的一种，所述高折射率层(4)厚度为30-80nm。
4.根据权利要求1所述的一种改善SiC光导器件量子效率的器件结构，其特征在于：所述低折射率层(5)为二氧化硅、氮化硅中的一种，所述低折射率层(5)厚度为80-150nm。
5.根据权利要求1所述的一种改善SiC光导器件量子效率的器件结构，其特征在于：若干所述高折射率层(4)和若干所述低折射率层(5)总层数为11-31层，若干所述高折射率层(4)和若干所述低折射率层(5)总厚度为0.5-3.6μm。
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