一种半导体器件的衬底结构的制作方法

本实用新型涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种半导体器件的衬底结构。

背景技术：

半导体器件由于具有体积小、重量轻、转换效率高等诸多优点，被广泛的应用于医疗、显示、通讯、材料加工以及泵浦固体激光器等领域。随着应用领域的不断拓展，人们对半导体器件的性能有了更高的要求。

现有半导体器件通常采用直接在衬底叠层设置外延结构，但是由于其对于衬底导通电流没有进行有效控制，进而使得电光转换效率较低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种半导体器件的衬底结构，以改善现有半导体器件的衬底因电流扩散导致电光转换效率较低的问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例采用的技术方案如下：

本实用新型实施例的一方面，提供一种半导体器件的衬底结构，包括：衬底层，在衬底层同层设置第一离子注入区和第二离子注入区，第一离子注入区和第二离子注入区分别为电流阻挡区，衬底层在第一离子注入区和第二离子注入区之间的部分为通道区，第一离子注入区、第二离子注入区与通道区的顶面位于同一平面，平面与衬底层的底面平行。

可选的，第一离子注入区和第二离子注入区在衬底层的掺杂深度大于100nm。

可选的，第一离子注入区和第二离子注入区的掺杂离子为氢离子、氦离子、氧离子、氮离子、氟离子中的一种。

可选的，通道区沿第一离子注入区至第二离子注入区方向的宽度大于等于0.1μm且小于等于500μm。

可选的，通道区的宽度大于等于5μm且小于等于200μm。

可选的，通道区的厚度大于等于20nm。

可选的，第一离子注入区和第二离子注入区间隔设置于通道区的两侧。

可选的，第一离子注入区和第二离子注入区绕设于通道区的外周且相互连接。

可选的，衬底为n型层或p型层。

可选的，在衬底层的边缘区域设置有对准标记。

本实用新型的有益效果包括：

本实用新型提供了一种半导体器件的衬底结构，包括：衬底层，在衬底层同层设置第一离子注入区和第二离子注入区，第一离子注入区和第二离子注入区分别为电流阻挡区，衬底层在第一离子注入区和第二离子注入区之间的部分为通道区，第一离子注入区、第二离子注入区与通道区的顶面位于同一平面，平面与衬底层的底面平行。利用第一离子注入区210和第二离子注入区220也可以对电流的扩散起到控制作用。进而提高器件的电光转换效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种半导体器件的衬底结构的结构示意图之一；

图2为本实用新型实施例提供的一种半导体器件的衬底结构的结构示意图之二；

图3为本实用新型实施例提供的一种半导体器件的衬底结构的结构示意图之三；

图4为本实用新型实施例提供的一种半导体器件的衬底结构的结构示意图之四；

图5为图4中区域a的局部放大图；

图6为本实用新型实施例提供的一种半导体器件的衬底结构的结构示意图之五；

图7为本实用新型实施例提供的一种半导体器件的衬底结构的结构示意图之六；

图8为本实用新型实施例提供的一种半导体器件的衬底结构的结构示意图之七。

图标：100-衬底层；110-通道区；210-第一离子注入区；220-第二离子注入区；310-光刻胶层；320-图案化光刻胶层。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例中的各个特征可以相互结合，结合后的实施例依然在本实用新型的保护范围内。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例的一方面，提供一种半导体器件的衬底结构，包括：衬底层100，在衬底层100同层设置第一离子注入区210和第二离子注入区220，第一离子注入区210和第二离子注入区220分别为电流阻挡区，衬底层100在第一离子注入区210和第二离子注入区220之间的部分为通道区110，第一离子注入区210、第二离子注入区220与通道区110的顶面位于同一平面，平面与衬底层100的底面平行。

示例的，通过对半导体器件的衬底结构进行改进，使得电流的扩散区域以及电流的流经路径得到有效控制，进而提高半导体器件的整体性能，以下将对改进后的衬底结构进行示意性的说明：

如图1所示，先在衬底层100形成第一离子注入区210和第二离子注入区220，即第一离子注入区210和第二离子注入区220同层。衬底层100在第一离子注入区210和第二离子注入区220之间的部分可以作为通道区110，如此，在半导体器件施加外电压，电流流经衬底层100时，在第一离子注入区210和第二离子注入区220的电流阻挡作用下，电流不从通道区110周围的第一离子注入区210和第二离子注入区220的位置流过，而是较为集中的从通道区110通过，如此便可以对电流在衬底层100上的路径进行有效控制。在实际设置时，可以根据需求合理设置第一离子注入区210和第二离子注入区220在衬底层100的位置、面积或等效阻值，进而使得伴随第一离子注入区210和第二离子注入区220形成的通道区110的位置和面积处于预设的电流路径之上。利用第一离子注入区210和第二离子注入区220也可以对电流的扩散起到控制作用。进而提高器件的电光转换效率，当半导体器件为半导体激光器时，其还具有更低的激光器阈值。

此外，在衬底层100形成的第一离子注入区210的顶面、通道区110的顶面和第二离子注入区220的顶面均处于同一平面，该平面可以是和衬底平面平行，从而使得后续在该衬底上形成的功能层可以直接整层形成，避免由于衬底层100表面凹凸，导致功能层需要额外进行工艺处理，有效提高器件的可靠性。例如当衬底层100为gaas材料，功能层为algaas材料时，可以通过本实施例对衬底层100进行处理后，再进行外延生长algaas功能层，避免了对algaas功能层进行加工导致algaas材料中的al在加工过程中被氧化，进而带来缺陷。第一离子注入区210和第二离子注入区220可以是采用等效反偏二极管、介质材料等等方式形成。在形成反偏二极管时，第一离子注入区210可以是自身直接形成沿电流流动方向的反偏二极管，也可以是配合衬底层100形成反偏二极管，还可以是配合在第一离子注入区210上形成的其它层(可以是功能层，也可以是单独设置的配合层)形成反偏二极管，第二离子注入区220同理。

上述改进后的衬底结构的制备方法可以是：

如图2所示，在衬底层100上涂布光刻胶层310，涂布的方式可以是旋转涂布等，然后如图3所示，对光刻胶层310进行图案化处理，例如曝光、显影、刻蚀等，形成图案化光刻胶层320，此时，图案化光刻胶层320覆盖于通道区110之上，即图案化光刻胶层320覆盖通道区110的顶面。如图4所示，采用离子注入的方式，对衬底层100进行离子注入，从而对应在图案化光刻胶层320以外的衬底层100上形成第一离子注入区210和第二离子注入区220，且形成的离子注入区可以作为电流阻挡区。然后去除衬底层100表面的光刻胶，形成具有第一离子注入区210、第二离子注入区220和通道区110的衬底层100，如图1所示。

可选的，第一离子注入区210和第二离子注入区220在衬底层100的掺杂深度大于100nm。

示例的，如图5所示，离子注入(掺杂)的深度h可以是大于100nm。电流阻挡层由离子注入实现，掺杂深度越深，对应的通道区110的厚度越厚，对电流的扩散的限制也更加明显，但是实际设置时，需要考虑衬底层100的厚度、器件的尺寸、光刻机的实现能力等等多方面因素合理选择。将第一离子注入区210和第二离子注入区220的掺杂深度h设置在上述范围，可以有效的提高电流的控制能力。

可选的，第一离子注入区210和第二离子注入区220的掺杂离子为氢离子、氦离子、氧离子、氮离子、氟离子中的一种。

可选的，通道区110沿第一离子注入区210至第二离子注入区220方向的宽度大于等于0.1μm且小于等于500μm。

可选的，通道区110的宽度大于等于5μm且小于等于200μm。

示例的，通道区110的宽度w可以是如图6所示，第一离子注入区210至第二离子注入区220横向的最大距离，通道区110的宽度w可以是0.1到500μm，进一步的可以是5到200μm，具体设置时可以根据器件的尺寸、光刻机的实现能力合理选择。将通道区110的宽度w设置在上述范围，可以有效的提高电流的控制能力，同时，在工艺实现制备时能够处于大多数设备的制备上限内。

可选的，通道区110的厚度大于等于20nm。

示例的，通道区110的厚度可以是大于等于20nm，进一步的还可以是大于等于100nm，由于通道区110的厚度越大，对应的第一离子注入区210和第二离子注入区220的厚度也更大，对电流的扩散的限制也更加明显，但是实际设置时，需要考虑器件的尺寸、光刻机的实现能力等等多方面因素合理选择。将通道区110的厚度设置在上述范围，可以有效的提高电流的控制能力，同时，在工艺实现制备时能够处于大多数设备的制备上限内。

可选的，第一离子注入区210和第二离子注入区220间隔设置于通道区110的两侧。

示例的，通道区110的上下两端可以直接延伸到衬底层100的上下两端，如图6所示，当为衬底层100的俯视视角时，通道区110位于第一离子注入区210和第二离子注入区220之间的位置，且通道区110将第一离子注入区210和第二离子注入区220隔离，使得第一离子注入区210和第二离子注入区220间隔位于通道区110的两侧。

可选的，第一离子注入区210和第二离子注入区220绕设于通道区110的外周且相互连接。

示例的，通道区110的上下两端可以是不直接延伸到衬底层100的上下两端，如图7所示，当为衬底层100的俯视视角时，通道区110位于第一离子注入区210和第二离子注入区220之间的位置，且第一离子注入区210和第二离子注入区220在通道区110的上下两端连接，此时，衬底层100的电流通道仅为中间被包围的通道区110。

在另一种实施例中，通道区110的上下两端中的一端可以是直接延伸到衬底层100的一端，通道区110的上下两端中的另一端可以是不直接延伸到衬底层100的另一端，当为衬底层100的俯视视角时，通道区110位于第一离子注入区210和第二离子注入区220之间的位置，且第一离子注入区210和第二离子注入区220在通道区110的一端连接，在另一端则断开。

示例的，按照导电类型，可以将衬底层100设置为n型衬底或p型衬底，以下将以n型衬底为例进行示意性的说明：

当衬底层100为n型衬底(对应的通道区110也为n型区)时，第一离子注入区210和第二离子注入区220为p型离子注入区，可以将第一离子注入区210和第二离子注入区220上形成n型配合层，n型配合层和第一离子注入区210和第二离子注入区220分别形成反向pn结，垂直反向形成npn结构，进而使得第一离子注入区210和第二离子注入区220能够对应形成电流阻挡区域(p型衬底层100的设置形式参照n型衬底，此处不再赘述)。

可选的，在衬底层100的边缘区域设置有对准标记。

示例的，还可以在衬底层100的边缘区域设置有对准标记，对准标记可以是一个或多个，当为多个时，可以沿着衬底层100的边缘绕设。对准标记可以是随着对衬底层100图案化、第一离子注入区210和第二离子注入区220的形成的同时形成。

可选的，包括多个形成有第一离子注入区210、通道区110和第二离子注入区220的衬底层100，多个衬底层100呈阵列设置，当半导体器件是半导体激光器时，还可以配合激光器的巴条。

可选的，通道区110在衬底层100的正投影形状为矩形、三角形、梯形中的一种。通道区110在衬底层100的正投影的形状还可以是一端至另一端的渐变图形，例如三角形、梯形等等，当为渐变图形时，其渐变的角度可以是小于10度。如图8所示，通道区110在衬底层100上的正投影形状为梯形。

可选的，半导体器件可以是半导体激光器。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。