新时代,随着军事和工业的进步,重工业对于大功率开关器件的需求也越来越多,不仅需要满足大功率,还需要满足高频率,低抖动,体积小巧等特点。同时兼具这几个特点的光导开关作为已经研究几十年的课题也随着SiC和GaN衬底制备工艺的成熟持续受到关注。本文结合国内外实验和仿真现状,对由钒掺杂的4H-SiC碳化硅半绝缘衬底制备的垂直型光导开关进行研究,依据最新提出的带有AZO透明电极和Ag反射层结构开关的实验结果,在完成对垂直型光导开关基本结构以及具有AZO透明电极和Ag反射层结构的开关的全面的分析后,从提高开关的耐压性能和量子利用率两个点出发,完成了从二维1:1光导开关模型的建立与仿真到三维1:1开关模型的建立与仿真全部流程。系统地分析了这几种不同结构的光导开关在耐压性能和量子效率方面的优势和劣势。从理论上解释了4H-SiC基光导开关在暗态和瞬态两种工作状态下的场强分布,光生载流子分布及其分布原因。得到结论:1、光照条件下,开关最高工作电压会明显的降低,非平衡光生载流子的出现会使内部场强的变化更加“敏感”,并发现光导开关在偏压增加情况下,其场强最大区域首先出现在阳极环形电极表面的内侧,其次出现在阳极环形电极表面的外侧,如果阳极保护得当,场强最大区域将出现在阴极金属电极的边缘,并且随着偏压的增加逐渐从阴极表面经衬底向阳极移动。对4H-SiC垂直型光导开关的耐压有了规律性认识。2、提出改善光导开关耐压性能的两种新的优化策略。分别是增加径向电场从而减小开关整体电场强度,进而达到提高耐压的方法,以及AZO透明电极覆盖阳极金属电极,将场强最高区域从开关的阳极表面移动到4H-SiC衬底内部,进而提高整体的耐压性能的方法,这两种方案在仿真中都取得了优异的表现。尤其是对AZO透明电极的优化,将暗态下的耐压性能提升了100%,瞬态下的耐压性能提升了300%。3、对于不同结构的开关的量子效率优劣进行仿真,通过对比具有AZO增透膜,以及Ag反射层对于开关的影响,首次提出漫反射在器件性能方面的作用,漫反射可以有效的改善光生载流子在光导开关中的分布,从而可以提高开关的耐压能力,对于环形电极结构的开关,漫反射在提升耐压的同时还能够提高环形金属电极下方的光生载流子密度,从而降低这种结构光导开关的导通电阻,但是漫反射对于具有AZO透明电极的开关来说,会弱化其导电通道的效率,进而提高导通电阻。在完成仿真部分的内容后,搭建无负载光导开关测试电路,将仿真结果和实验制备的四种不同结构的样品的测试结果进行对比,定性上,实验结果基本与仿真结果一致,但是阴极具有AZO亚接触层的光导开关测试数据与仿真结果不一致,结合以往实验中出现的现象。我们得到结论,AZO亚接触层会降低光导开关的量子效率,但是与此同时可以提升光导开关的Ag镜的粘附效果,综合来看AZO亚接触层对于Ag粘附效果带来的益处远大于其降低Ag镜反射效果的负面影响。