[发明专利]一种横向绝缘栅型光电导开关及其制作方法

说明书

本发明公开了一种横向绝缘栅型光电导开关，包括半绝缘衬底，在半绝缘衬底的下表面上依次制作有重n型掺杂区II和阳极，在该半绝缘衬底的上方制作有电触发区域，电触发区域的上方制作有绝缘层，绝缘层的两端分别制作有阴极，阴极与电触发区域的上端接触，绝缘层的上表面中心处制作有栅极，在激光触发区域的激光入射侧的对侧安装有全反射镜。本发明还公开了上述光电导开关的制作方法。本发明提供的光电导开关能够改善漏电流问题，并提高光能利用率。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种横向绝缘栅型光电导开关，本发明还涉及上述光电导开关的制作方法。

背景技术

光电导开关(photoconductive semiconductor switch，PCSS)是本征或半绝缘(semi-insulated，SI)晶体材料和超快脉冲功率激光相结合的产物，在超宽带脉冲功率技术领域和超快电子学等众多领域中有广阔的应用前景。光电导开关的自然关断时间主要由载流子寿命决定，因此只有砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)等直接带隙半导体材料制作的光电导开关才具有超快关断能力。从禁带宽度、电子最大漂移速度、热导率等方面相比，第三代半导体材料GaN比第二代半导体材料GaAs更适合面向高压高重频大功率应用。目前受晶体生长工艺所限，非故意掺杂生长得到的GaN晶体均为n型，因此自支撑半绝缘GaN晶圆都是基于铁(Fe)掺杂的氢气相外延法(hydride vapor phase epitaxy，HVPE)生长的，称为GaN:Fe。通过引入高浓度的铁深受主来补偿晶体生长中不可避免的杂质和缺陷施主能级后，GaN:Fe的导电类型为极弱的n型，体电阻率最高能达到10⁹Ω·cm量级。此外，本征GaN只能由昂贵的紫外激光器触发，而GaN:Fe能被光子能量小于GaN禁带宽度的常规532nm激光器触发(称为非本征光触发)，因此532nm激光器GaN:Fe光电导功率开关受到了高度关注。

基于传统纵向结构制作的GaN:Fe光电导开关(见J.H.Leach、R.Metzger,E.A.Preble和K.R.EvansProc.在2013年SPIE OPTO会议上发表的“High voltage bulkGaN-based photoconductive switches for pulsed power applications”论文中所示光电导开关器件结构)，其暗态直流耐压能力远远小于GaN本征禁带宽度3.4eV所对应的理论值3MV/cm。这是因为传统光电导开关本质上就是一个光敏电阻，其暗态漏电流会随外加偏置电压遵循欧姆定律线性增长。

发明内容

本发明的目的是提供一种横向绝缘栅型光电导开关，能够改善漏电流问题，并提高触发激光的光能利用率。

本发明的另一个目的是提供一种横向绝缘栅型光电导开关的制作方法。

本发明所采用的技术方案是，一种横向绝缘栅型光电导开关，包括半绝缘衬底，在半绝缘衬底的下表面上依次制作有重n型掺杂区II和阳极，在该半绝缘衬底的上方制作有电触发区域，电触发区域的上方制作有绝缘层，绝缘层的两端分别制作有阴极，阴极与电触发区域的上端接触，绝缘层的上表面中心处制作有栅极，在激光触发区域的激光入射侧的对侧安装有全反射镜。

本发明第一种技术方案的特点还在于，

电触发区域包括制作在半绝缘衬底上表面的轻n型掺杂区，轻n型掺杂区的上表面两端分别依次制作有重p型掺杂区和轻p型掺杂区，重p型掺杂区和轻p型掺杂区的交汇区域上方制作有重n型掺杂区I。

栅极与阴极之间采用电隔离。

重p型掺杂区、轻p型掺杂区、轻n型掺杂区的浓度和厚度参数要确保轻n型掺杂区和重p型掺杂区、轻p型掺杂区之间形成的反向pn结的空间电荷区随偏置电压的增大而先扩展到的半绝缘衬底一侧，而不是先扩展到重n型掺杂区I。