一种基于背面光入射的平面电极型碳化硅光导半导体器件制造技术

本实用新型专利技术提供一种基于背面光入射的平面电极型碳化硅光导半导体器件，包括半绝缘碳化硅衬底、Al2O3膜和一对欧姆接触电极，所述的半绝缘碳化硅衬底的上表面设有两个电极凹槽，正电极和负电极分别设在两个电极凹槽内；半绝缘碳化硅衬底的上表面除正电极和负电极外其他区域设有一层Al2O3膜；本实用新型专利技术能够采用紫外光面光入射方式进行触发，可以在光导半导体器件内部形成电流通道，有效地提升光电转化效率；并且使用嵌入式欧姆接触电极，提高了器件耐压能力；同时由于采用了减薄工艺，进一步减小器件尺寸和导通电阻，可以确保器件厚度接近穿透厚度，从而有效提升背面光入射时光生载流子浓度，实现光导半导体器件在亚纳秒电磁脉冲产生系统中的实际应用。冲产生系统中的实际应用。冲产生系统中的实际应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于背面光入射的平面电极型碳化硅光导半导体器件


[0001]本技术涉及一种光导半导体器件，特别涉及一种基于背面光入射的平面电极型碳化硅光导半导体器件。

技术介绍

[0002]光导半导体器件是电磁脉冲产生
的重要组成部分，可以用来产生高功率超短脉冲。光导半导体器件具有许多突出的优点，如导通时间快、同步精度高、时间抖动低、导通电感低等。这些独特的优点使得光导半导体器件在固态紧凑型脉冲功率源、高功率超宽带微波辐射源、介质壁加速器、大型脉冲功率装置的触发系统、太赫兹辐射等脉冲功率研究领域中得到广泛应用。随着科学技术的进一步发展，人们对光导半导体器件的响应速度、体积重量、工作精度、功率容量、导通电阻等性能指标提出了越来越高的要求。
[0003]目前，采用宽禁带光导半导体产生参数可调的射频和电磁微波是一种全新技术，具有重要应用前景。在实际应用中，碳化硅材料制作的光导半导体器件具有宽禁带、高临界击穿电场、高载流子迁移率、高电子饱和漂移速度、高热导率等诸多优良特性，相关研究工作也日益增多。通常光导半导体器件由一对电极和光导晶圆衬底构成。电极上施加偏置电压，入射光辐照晶圆衬底，在两个电极间产生光导电流。根据电极位置，光导半导体器件可分为同面型和异面型两种。对于异面型电极结构，电极分别位于晶圆的两个平面上，耐压性能较好，但由于触发光入射方向与载流子运动方向平行，并且器件受杂散电参数影响，很难达到较高的响应速度。同面型电极结构，电极位于晶圆的同一个面上，制作简单，触发光入射方向与载流子运动方向垂直，响应速度快。但由于电极在晶圆的同一个面上，容易形成表面局部强电流，造成沿面击穿，绝缘强度较低，很难使器件达到较高的功率容量。
[0004]有相关研究介绍了基于背面光入射的平面电极结构，相关结果表明该结构可以有效提升平面电极型光导器件的耐压能力。同时，为了进一步提升光电转化效率，采用本征光(hν≥Eg)进行光触发，以355nm紫外激光为例(hν＝3.493eV，三次谐波振荡Nd
‑
YAG激光)，穿透深度为47μm，这对于光导半导体器件器件的结构、厚度以及制备方法提出了新的要求。

技术实现思路

[0005]本技术为了解决现有技术中缺少一种基于背面光入射的平面电极结构的问题，以提高光电转化效率和器件耐压能力，进一步减小器件尺寸和导通电阻，实现光导半导体器件在亚纳秒电磁脉冲产生系统中的实际应用，提供一种基于背面光入射的平面电极型碳化硅光导半导体器件。
[0006]本技术提供的一种基于背面光入射的平面电极型碳化硅光导半导体器件包括：半绝缘碳化硅衬底、Al2O3膜和一对欧姆接触电极，所述的一对欧姆接触电极包括正电极和负电极；所述的半绝缘碳化硅衬底的上表面设有两个电极凹槽，正电极和负电极分别设在两个电极凹槽内；半绝缘碳化硅衬底的上表面除正电极和负电极外其他区域设有一层Al2O3膜；所述的正电极和负电极均为Ni/Ti/Au三层金属电极，Ni、Ti、Au三层金属层至下而
上设置。
[0007]所述的半绝缘碳化硅衬底的厚度为50
‑
60μm，Al2O3膜的厚度为50
‑
60nm。
[0008]所述的两个电极凹槽的深度分别为50
‑
60nm。
[0009]所述的Ni/Ti/Au三层金属电极中，Ni、Ti、Au三层金属电极层的厚度分别为120nm、30nm和100nm。
[0010]本技术的有益效果：
[0011]本技术提供的基于基于背面光入射的平面电极型碳化硅光导半导体器件能够采用紫外光(λ＝355nm)背面光入射方式进行触发，可以在光导半导体器件内部形成电流通道，从而降低了平面电极间的表面电流，有效地提升光电转化效率；并且使用嵌入式欧姆接触电极，能够避免载流子在电极处的堆积造成局部电场过大导致提前发生击穿，提高了器件耐压能力；同时由于采用了减薄工艺，进一步减小器件尺寸和导通电阻，可以确保器件厚度接近穿透厚度，从而有效提升背面光入射时光生载流子浓度，实现光导半导体器件在亚纳秒电磁脉冲产生系统中的实际应用。
附图说明
[0012]图1为本技术光导半导体器件剖面结构示意图；
[0013]图2为本技术光导半导体器件俯视结构示意图；
[0014]图3为本技术光导半导体器件的主要制备工艺流程示意图；
[0015]图4为本技术光导半导体器件的表面电场分布示意图；
[0016]图5为本技术光导半导体器件的内部电流密度分布示意图。
[0017]1、半绝缘碳化硅衬底 2、Al2O3膜 3、欧姆接触电极 4、正电极 5、负电极。
具体实施方式
[0018]如图1所示，本技术提供的一种基于基于背面光入射的平面电极型碳化硅光导半导体器件包括半绝缘碳化硅衬底1、Al2O3膜2和一对欧姆接触电极3，所述的一对欧姆接触电极3包括正电极4和负电极5；所述的半绝缘碳化硅衬底1的上表面设有两个电极凹槽，正电极4和负电极5分别设在两个电极凹槽内；半绝缘碳化硅衬底1的上表面除正电极4和负电极5外其他区域设有一层Al2O3膜2；所述的正电极4和负电极5均为Ni/Ti/Au三层金属电极，Ni、Ti、Au三层金属层至下而上设置。
[0019]所述的半绝缘碳化硅衬底1的厚度为50μm，Al2O3膜2的厚度为50nm。
[0020]如图2所示，每个电极凹槽横向宽度均为l mm、纵向宽度均为w mm，且边缘角均为1/4圆弧，圆弧半径为R mm，深度分别为50nm，两个电极凹槽间距为d mm；两个欧姆接触电极3的形状与电极凹槽相同，Ni、Ti、Au三层金属电极层的厚度分别为120nm、30nm和100nm。
[0021]本技术提供一种基于背面光入射的平面电极型碳化硅光导半导体器件由以下方法制得：
[0022](1)清洗：
[0023]取厚度为500μm的半绝缘碳化硅衬底晶圆进行清洗，并利用BRANSON S4100等离子去胶机，使用等离子体气体进一步清洁晶圆表面；所述的半绝缘碳化硅衬底是在高纯碳化硅材料中进行钒掺杂后得到的，钒原子在半绝缘碳化硅衬底中既可以作为施主原子也可以
作为受主原子；
[0024](2)镀膜：
[0025]使用等离子体增强原子层沉积PEALD设备，采用磁控溅射法在清洗后的晶圆表面镀一层厚度为50nm的Al2O3膜，镀膜温度为300℃，镀膜时间为3h；以提高平面器件耐压性能，如图3(a)；
[0026](3)匀胶：
[0027]首先在晶圆镀膜表面喷涂HDMS粒子，以增强光刻胶粘附性，在120℃烘烤13分5秒；然后使用ROL
‑
7133光刻胶(负胶)进行匀胶，静态滴胶后，前转600rpm旋转10秒，后转2000rpm旋转30秒；最后在110℃下前烘2分30秒得到光刻胶层；
[0028](4)光刻：
[0029]待晶圆冷却至室温后，使用美本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于背面光入射的平面电极型碳化硅光导半导体器件，其特征在于：包括半绝缘碳化硅衬底、Al2O3膜和一对欧姆接触电极，所述的一对欧姆接触电极包括正电极和负电极；所述的半绝缘碳化硅衬底的上表面设有两个电极凹槽，正电极和负电极分别设在两个电极凹槽内；半绝缘碳化硅衬底的上表面除正电极和负电极外其他区域设有一层Al2O3膜；所述的正电极和负电极均为Ni/Ti/Au三层金属电极，Ni、Ti、Au三层金属层至下而上设置。2.根据权利要求1所述的一种基于背面光入射的平面电极型碳化硅光导半导体器件，其特征在于：所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：楚旭，王朗宁，荀涛，王日品，杨汉武，刘金亮，贺军涛，张军，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：新型
国别省市：