平面型光导开关及其制作方法

本发明属于半导体结构，具体涉及一种平面型光导开关及其制作方法。

背景技术：

1、氮化镓（gallium nitride，gan）作为第三代半导体的领军者之一，具有许多优秀的物理化学性质，如禁带宽度为3.4 ev、临界击穿场强为3.3 mv/cm、饱和电子迁移速度为2.5×107 cm/s、直接带隙结构、耐强酸、耐强碱等，这确保了它在高频、高功率、光电子器件等领域有广阔的应用前景。

2、半绝缘铁掺杂氮化镓（iron-doped semi-insulating gallium nitride，si-gan:fe）作为氮化镓的一种，既可用作器件之间的隔离层以提高击穿特性，又可用作器件的衬底，因此受到了广泛的研究。此外，因其出色的光态（导通电阻小）、暗态（漏电流低）以及光暗之间转换性能（载流子寿命短）而被誉为研究高频、高功率光导开关的最有前景的半导体材料。

3、光导开关（photoconductive semiconductor switches，pcss）是一种利用特定激发光源触发的半导体开关。它具有体积小、损耗低、输出功率高、响应速度快、重复频率高等优点，在医疗、航空航天等领域有广泛的应用前景。光导开关器件大致可分为垂直型和平面型两种。

4、其中，平面型结构器件电极制作在衬底材料的同一侧（通常为ga面）。其制备方式简单、器件成本较低，因而备受青睐。然而，由于电极在衬底的同一侧，暗态时，电流会集中于电极边缘处，导致开关容易被击穿，大幅降低器件使用寿命。平面型光导开关导通特性与衬底材料表面位错密度、晶体质量等密切相关，在高压下更容易出现表面闪络现象。此外，平面型器件导通态下的光电流过低，导通电阻大。

5、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种平面型光导开关及其制作方法，能将电流由表面输运转变为电流由体内输运，可有效缓解电极边缘处的电流集中现象，提高器件的耐压性能和使用寿命，同时，可明显提高光电流，降低导通电阻。

2、为了实现上述目的，本发明一具体实施例提供的技术方案如下：

3、一种平面型光导开关，包括：

4、具有第一掺杂源的衬底，所述衬底具有第一表面，所述衬底内形成有非掺杂或具有第二掺杂源的导电区，所述导电区的电阻小于所述衬底的电阻；

5、具有第三掺杂源的外延层，形成于所述第一表面上且覆盖所述导电区，所述外延层的电阻大于所述导电区的电阻；

6、第一电极，形成于所述外延层上；

7、第二电极，形成于所述外延层上且与所述第一电极间隔设置；

8、其中，在所述衬底的厚度方向上，所述导电区的投影与所述第一电极的投影和所述第二电极的投影均部分重叠。

9、在本发明的一个或多个实施例中，所述衬底的材料包括gan单晶，所述第一掺杂源包括fe，掺杂浓度为1×1018cm-3-1×1019cm-3。

10、在本发明的一个或多个实施例中，所述衬底的材料包括gan单晶，所述导电区具有第二掺杂源，所述第二掺杂源包括si、ge，掺杂浓度为5×1017cm-3-1×1019cm-3。

11、在本发明的一个或多个实施例中，所述外延层的材料包括gan单晶，所述第三掺杂源包括fe，掺杂浓度为1×1018cm-3-1×1019cm-3。

12、在本发明的一个或多个实施例中，所述衬底的电阻率范围为1×108ω·cm-1×109ω·cm，所述衬底的载流子浓度范围为1×108cm-3-1×109cm-3。

13、在本发明的一个或多个实施例中，所述导电区的厚度范围为20μm-100μm。

14、在本发明的一个或多个实施例中，所述外延层的电阻率范围为1×108ω·cm-1×109ω·cm，所述外延层的载流子浓度范围为1×108cm-3-1×109cm-3。

15、在本发明的一个或多个实施例中，所述外延层的厚度范围为5μm-50μm。

16、在本发明的一个或多个实施例中，所述第一电极包括依次层叠设置在所述外延层上的第一ti层、al层、第二ti层、au层，所述第一ti层的厚度范围为5nm-30nm，所述al层的厚度范围为80nm-130nm，所述第二ti层的厚度范围为50nm-100nm，所述au层的厚度范围为50nm-150nm。

17、在本发明的一个或多个实施例中，所述第一电极的边缘转角被构造成弧形。

18、在本发明的一个或多个实施例中，所述第二电极包括依次层叠设置在所述外延层上的第一ti层、al层、第二ti层、au层，所述第一ti层的厚度范围为5nm-30nm，所述al层的厚度范围为80nm-130nm，所述第二ti层的厚度范围为50nm-100nm，所述au层的厚度范围为50nm-150nm。

19、在本发明的一个或多个实施例中，所述第二电极的边缘转角被构造成弧形。

20、一种平面型光导开关的制作方法，包括：

21、提供具有第二掺杂源或非掺杂的导电结构；

22、在所述导电结构的四周形成具有第一掺杂源和/或第三掺杂源的外延结构，所述外延结构的电阻大于所述导电结构的电阻；

23、在所述外延结构的同一表面形成间隔设置的第一电极和第二电极，其中，在垂直于所述第一电极和/或第二电极方向上，所述第一电极的投影和所述第二电极的投影均与所述导电结构的投影部分重叠；

24、一种平面型光导开关的制作方法，包括：

25、提供具有第一掺杂源的衬底，所述衬底具有第一表面；

26、在所述第一表面上形成具有第二掺杂源或非掺杂的导电区，所述导电区的电阻小于所述衬底的电阻；

27、在所述第一表面上形成覆盖所述导电区设置且具有第三掺杂源的外延层，所述外延层的电阻大于所述导电区的电阻；

28、在所述外延层上形成间隔设置的第一电极和第二电极。

29、一种平面型光导开关，包括：

30、具有第一掺杂源的衬底，所述衬底具有第一表面；

31、非掺杂或具有第二掺杂源的导电层，形成于所述衬底的第一表面上，所述导电层的电阻小于所述衬底的电阻；

32、具有第三掺杂源的外延层，形成于所述导电层上，所述外延层的电阻大于所述导电层的电阻；

33、第一电极，形成于所述外延层上；

34、第二电极，形成于所述外延层上且与所述第一电极间隔设置。

35、在本发明的一个或多个实施例中，所述衬底的材料包括gan单晶，所述第一掺杂源包括fe，掺杂浓度为1×1018cm-3-1×1019cm-3。

36、在本发明的一个或多个实施例中，所述导电层的材料包括gan单晶，所述导电层具有第二掺杂源，所述第二掺杂源包括si、ge，掺杂浓度为5×1017cm-3-1×1019cm-3。

37、在本发明的一个或多个实施例中，所述外延层的材料包括gan单晶，所述第三掺杂源包括fe，掺杂浓度为1×1018cm-3-1×1019cm-3。

38、在本发明的一个或多个实施例中，所述衬底的电阻率范围为1×108ω·cm-1×109ω·cm，所述衬底的载流子浓度范围为1×108cm-3-1×109cm-3。

39、在本发明的一个或多个实施例中，所述导电层的厚度范围为20μm-100μm。

40、在本发明的一个或多个实施例中，所述外延层的电阻率范围为1×108ω·cm-1×109ω·cm，所述外延层的载流子浓度范围为1×108cm-3-1×109cm-3。

41、所述外延层的厚度范围为5μm-50μm。

42、在本发明的一个或多个实施例中，所述第一电极包括依次层叠设置在所述外延层上的第一ti层、al层、第二ti层、au层，所述第一ti层的厚度范围为5nm-30nm，所述al层的厚度范围为80nm-130nm，所述第二ti层的厚度范围为50nm-100nm，所述au层的厚度范围为50nm-150nm。

43、在本发明的一个或多个实施例中，所述第一电极的边缘转角被构造成弧形。

44、在本发明的一个或多个实施例中，所述第二电极包括依次层叠设置在所述外延层上的第一ti层、al层、第二ti层、au层，所述第一ti层的厚度范围为5nm-30nm，所述al层的厚度范围为80nm-130nm，所述第二ti层的厚度范围为50nm-100nm，所述au层的厚度范围为50nm-150nm。

45、在本发明的一个或多个实施例中，所述第二电极的边缘转角被构造成弧形。

46、一种平面型光导开关的制作方法，包括：

47、提供具有第一掺杂源的衬底，所述衬底具有第一表面；

48、在所述第一表面上形成非掺杂或具有第二掺杂源的导电层，所述导电层的电阻小于所述衬底的电阻；

49、在所述导电层上形成具有第三掺杂源的外延层，所述外延层的电阻大于所述导电层的电阻；

50、在所述外延层上形成间隔设置的第一电极和第二电极。

51、与现有技术相比，本发明的平面型光导开关及其制作方法，通过内部导电区或者导电层的引入，能将电流由表面输运转变为由体内输运，可有效缓解电极边缘处的电流集中现象，提高器件的耐压性能和使用寿命，同时，导电区或者导电层的引入，可明显提高光电流，降低导通电阻。