本发明专利技术公开了一种高功率同面电极嵌入式台面型光导开关及其制作方法，主要解决现有技术中光在器件中光程较短的问题。该光导开关包括半绝缘碳化硅衬底(1)和一对欧姆接触电极(5,6)，其中半绝缘碳化硅衬底(1)的一边为45°±2°的斜边，作为倾斜入射台面(2)；该半绝缘碳化硅衬底的上表面和斜边表面淀积氮化硅层(7)，用于减少入射光在表面的反射，同时增加器件的耐压能力；该半绝缘碳化硅衬底上部两端开有两个凹槽(3,4)，凹槽自表面上的氮化硅层(7)到半绝缘碳化硅衬底(1)的深度为3～5μm，一对欧姆接触电极(5,6)嵌在这两个凹槽(3,4)中。本发明专利技术在相同的电压条件下耐压能力更高，可用于高功率脉冲系统中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子领域，特别涉及一种高功率光导开关，可用于高速大功率脉冲系统中的开关。技术背景光导开关作为一种光控开关器件，在功率电路领域应用广泛。光导开关利用半导体的光电效应达到控制电路通断的作用。一般光导开关所使用的材料为高阻半导体材料即高纯半导体或者互补掺杂所制作的半绝缘材料，当光照射到材料时，材料内部产生光生载流子，光生载流子在外部电压的作用下漂移形成电流，表现在外电路上就是光导开关所等效的大电阻阻值降低，当光波长和功率达到阈值时光导开关的电阻值降到极低，此时光导开关导通。与传统的制备光导开关的Si和GaAs相比，SiC具有大的禁带宽度，高临界击穿电场、高暗态电阻率、优异的自然散热性能以及超短的载流子寿命等优点，使其成为制备大功率光导开关的理想材料。文献“Pulsed Power Conference(PPC)，201319th IEEE《Performance and characterization of a 20kV，contact face illuminated，silicon carbide photoconductive semiconductor switch for pulsed power applications》”介绍了Texas Tech University的D.Mauch等人的平面型光导开关。此种光导开关表面电流密度较大，电子空穴迁移率低，开关导通电阻大，欧姆电极收集载流子的边缘极易发生击穿，光导开关很难在工作的情况下耐较高的电压，另外开关器件的尺寸较大。由西安电子科技大学宋朝阳等申请的专利“201510098637.3碳化硅嵌入式电极平面型光导开关及其制作方法”中提出一种新结构光导开关，通过开孔、离子注入制作嵌入式电极，在一定程度上增大了光导开关耐压能力，减小了导通电阻。但是实际制作过程中，由于碳化硅衬底自身原因，光导开关边缘受光处容易发生空气击穿，使光导开关失效，另外由于光吸收集中在器件表面，而电流主要流过两个电极下的薄层处，因此不利于降低导通电阻，使得需要开启器件的光功率大，增加了开关损耗。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术不足，提出一种高功率同面电极嵌入式台面型光导开关，以降低开关损耗，提高器件耐压能力。为实现上述目的，本专利技术的高功率同面电极嵌入式台面型光导开关，包括半绝缘碳化硅衬底和一对欧姆接触电极，其特征在于：半绝缘碳化硅衬底的一边为45°±2°的斜边，作为倾斜入射台面；半绝缘碳化硅衬底的上表面和斜边表面淀积氮化硅，用于减少入射光在表面的反射，同时增加器件的耐压能力。所述半绝缘碳化硅衬底上部两端开有两个凹槽，凹槽自表面上的氮化硅层到半绝缘碳化硅衬底的深度为3～5μm，一对欧姆接触电极嵌在这两个凹槽中。为实现上述目的，本专利技术制作高功率同面电极嵌入式台面型光导开关的方法，包括如下步骤：1)对半绝缘碳化硅衬底进行清洗，去除表面污染物；2)在清洗后的半绝缘碳化硅衬底右侧进行倒角，形成45°±2°斜面，并对此斜面采用化学机械抛光CMP，使其形成粗糙度为Ra≤0.01的光滑入射台面；3)用磁控溅射方法在衬底表面溅射铝膜作为干法刻蚀的掩膜层，再采用电感耦合等离子体刻蚀ICP法在衬底的上表面刻蚀形成两个深度为3～5μm，横向宽度为2～4mm，纵向长度为5～10mm的凹槽；4)采用等离子增强化学气相淀积PECVD的方法在刻槽后的碳化硅半绝缘衬底样品表面以及入射台面上淀积厚度为2μm的SiO2作为离子注入的阻挡层；5)在阻挡层上涂光刻胶，用光刻胶在涂胶后的SiO2阻挡层上刻蚀出对应凹槽位置的窗口图案，并用HF酸溶液腐蚀掉窗口图案位置下的阻挡层，阻挡层表面所开窗口即为离子注入的窗口，并去胶清洗；6)在离子注入窗口进行三次磷离子注入，注入能量分别为150keV、80keV、30keV，注入的剂量分别为0.9×1015cm-2，5.7×1015cm-2，3.4×1015cm-2，形成表面掺杂浓度为2×1020cm-2的样片；7)离子注入完成后腐蚀掉样品表面剩余的SiO2阻挡层，清洗样片表面的残留物；8)在清洗残留物后的样片表面涂BN310负胶，将该样片置于300℃～400℃温度环境中加热90分钟进行碳膜溅射；然后在1550℃～1750℃温度范围内退火10分钟，以在样片表面形成厚度为150nm的良好欧姆接触；再在900℃～1100℃温度范围内干氧氧化15分钟，以去除表面碳膜；9)将去除碳膜的样品在300℃～400℃范围内进行等离子增强化学气相PECVD淀积工艺，在样片和倾斜台面表面淀积70～80nm厚的氮化硅，作为减反层；10)在氮化硅减反层上旋涂光刻胶，利用金属层的掩膜版作刻蚀阻挡层；然后用熔融的NaOH溶液腐蚀10分钟，将半绝缘衬底上表面对应凹槽位置处的氮化硅减反层刻蚀掉，形成的凹槽窗口区域即为要做金属电极的区域；11)在开窗后的样片表面涂胶，使用金属层掩膜版光刻出金属图形；通过磁控溅射在样片的两个凹槽中淀积厚度为80～100nm的金属Ni，在Ar气环境中升温至900℃～1100℃，退火10分钟后冷却至室温；12)在冷却后的样片表面涂胶，使用金属层掩膜版光刻出金属图形，并通过磁控溅射法在两个凹槽处淀积厚度为3～5μm的Au薄膜，通过超声波剥离形成金属电极，再在Ar气环境中升温至450℃～650℃，退火5分钟后冷却至室温，完成整个器件的制作。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：1.通过采用氮化硅减反层代替致密氧化层和SiO2钝化层，只需一步工艺即可实现，减少了工艺步骤，降低了制造难度，并且氮化硅具有比SiO2更高的介电常数，能有效提高较大脉冲输入时器件的耐压能力。2.本专利技术将碳化硅衬底单侧倒角形成光滑台面，并增加减反层，使入射光在器件内形成全反射，提高了入射光光程，降低开启光功率，有效降低了开关损耗，同时避免了器件边缘发生空气击穿，提高了器件可靠性。附图说明图1是本专利技术器件的剖面结构示意图；图2是图1的俯视图；图3是本专利技术制作方法的流程示意图。具体实施方式参照图1和图2，本专利技术的高功率同面电极嵌入式台面型光导开关，主要由半绝缘碳化硅衬底1、倾斜入射台面2、两个凹槽3和4、一对欧姆电极5和6与氮化硅层7组成。半绝缘碳化硅衬底1是在碳化硅材料中掺入钒原子形成的，掺入的钒原子在半绝缘碳化硅衬底1中既可以作为施主杂质也可以作为受主杂质。倾斜入射台面2是在半绝缘碳化硅衬底右侧进行倒角形成的45°±2°台面，氮化硅层7是在半绝缘碳化硅衬底1和倾斜入射台面2上淀积形成的。两个凹槽3和4开设在半绝缘碳化硅衬底1上部的两端，每个凹槽的深度为3～5μm，横向宽度为2～4mm，纵向长度为5～10mm。两个欧姆电极5和6分别嵌入在两个凹槽3和4中，这一对欧姆接触电极的横向宽度d为2～4mm，纵向长度w为5～10mm，厚度n为3～5μm。当入射光垂直照射到倾斜入射台面2上时，由于光波导的原因，这种台面可使入射光在器件内形成全反射，提高了入射光的光程，增大了材料对光的吸收面积，从而可以产生更多的光生载流子，并通过嵌入在两个凹槽3,4中的欧姆电极5,6将产生的光生载流子收集起来，以在器件表面形成大电流，该大电流在外电路中等效为开关导通。参照图3，本专利技术的制作方法给出如下三种实施例：实施例1，本文档来自技高网...
【技术保护点】
高功率同面电极嵌入式台面型光导开关，包括半绝缘碳化硅衬底(1)和一对欧姆接触电极(5,6)，其特征在于：半绝缘碳化硅衬底(1)的一边为45°±2°的斜边，作为倾斜入射台面(2)；半绝缘碳化硅衬底(1)的上表面和斜边表面淀积氮化硅(7)，用于减少入射光在表面的反射，同时增加器件的耐压能力。
【技术特征摘要】
1.高功率同面电极嵌入式台面型光导开关，包括半绝缘碳化硅衬底(1)和一对欧姆接触电极(5,6)，其特征在于：半绝缘碳化硅衬底(1)的一边为45°±2°的斜边，作为倾斜入射台面(2)；半绝缘碳化硅衬底(1)的上表面和斜边表面淀积氮化硅(7)，用于减少入射光在表面的反射，同时增加器件的耐压能力。2.根据权利要求1中所述高功率同面电极嵌入式台面型光导开关，其特征在于：在半绝缘碳化硅衬底(1)上部两端开有两个凹槽(3,4)，凹槽自表面上的氮化硅层(7)到半绝缘碳化硅衬底(1)的深度为3～5μm，一对欧姆接触电极(5,6)嵌在这两个凹槽(3,4)中。3.高功率同面电极嵌入式台面型光导开关的制作方法，包括如下步骤：1)对半绝缘碳化硅衬底进行清洗，去除表面污染物；2)在清洗后的半绝缘碳化硅衬底右侧进行倒角，形成45°±2°斜面，并对此斜面采用化学机械抛光CMP，使其形成粗糙度为Ra≤0.01的光滑入射台面；3)用磁控溅射方法在衬底表面溅射铝膜作为干法刻蚀的掩膜层，再采用电感耦合等离子体刻蚀ICP法在衬底的上表面刻蚀形成两个深度为3～5μm，横向宽度为2～4mm，纵向长度为5～10mm的凹槽；4)采用等离子增强化学气相淀积PECVD的方法在刻槽后的碳化硅半绝缘衬底样品表面以及入射台面上淀积厚度为2μm的SiO2作为离子注入的阻挡层；5)在阻挡层上涂光刻胶，用光刻胶在涂胶后的SiO2阻挡层上刻蚀出对应凹槽位置的窗口图案，并用HF酸溶液腐蚀掉窗口图案位置下的阻挡层，阻挡层表面所开窗口即为离子注入的窗口，并去胶清洗；6)在离子注入窗口进行三次磷离子注入，注入能量分别为150keV、80keV、30keV，注入的剂量分别为0.9×1015cm-2，5.7×1015cm-2，3.4×1015cm-2，形成表面掺杂浓度为2×1020cm-2的样片；7)离子注入完成后腐蚀掉样品表面剩余的SiO2阻挡层，清洗样片表面的残留物；8)在清洗残留物后的样片表面涂BN310负胶，将该样片置于300...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭辉，杨佳奇，张玉明，张晨旭，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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