專利名稱：鋁鎵氮-鋯鈦酸鉛焦平面探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及紫外-紅外波段焦平面探測器，具體是指由多層薄膜疊加集成的鋁鎵氮-鋯鈦酸鉛(AlGaN/PZT)焦平面探測器。
技術(shù)背景目前報道的兩個或多個窄波段集成焦平面探測器，主要集中在紅外和可見 波段范圍，紫外-紅外波段集成的探測器報道很少，僅有二篇中國專利。 一篇題 為"氮化鎵基紫外-紅外雙色集成探測器"，專利號200510026720.6。此專利 由在藍(lán)寶石襯底上依次排列生長的^《^電極層、GaN基多量子阱、ALGa^N紫 外吸收層、叉指電極組成；要探測的紫外波長和紅外波長分別由A:UGanN紫外 吸收層和GaN基多量子阱中AlxGai_xN勢壘層的組分x確定。由于MSM結(jié)構(gòu)的填 充因子低以及量子阱本身的特點，探測器的量子效率不易提高。另有一篇題為 "AlGaN/PZT紫外/紅外雙波段探測器"，申請?zhí)?00710041610.6。該專利在寶 石基板兩側(cè)分別實現(xiàn)紫外和紅外波段的探測，這種結(jié)構(gòu)的缺點是不能用于大規(guī) 模焦平面探測器。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種可以克服上述已有結(jié)構(gòu)所存在的問題的 AlGaN-PZT焦平面探測器，該探測器采用薄膜結(jié)構(gòu)，在襯底同一面依次排列集成， 實現(xiàn)紫外和可見-紅外探測，可室溫工作。本發(fā)明的AlGaN-PZT焦平面探測器，包括藍(lán)寶石襯底1，在藍(lán)寶石襯底1 上依次置有AlGaN結(jié)構(gòu)的NIP型紫外列陣探測器件和PZT鐵電復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)的
紅外列陣探測器，在紫外列陣探測器和PZT鐵電復(fù)合薄膜列陣探測器之間置有防止串音的多孔Si02隔熱層7。所說的AlGaN紫外列陣探測器包括依次排列外延生長在藍(lán)寶石襯底1的 A1N緩沖層2、 N型AlxGai-xN層3、 i型AlyGa卜,N層4和P型AlyGai—yN層5，在夕卜 延層上通過刻蝕形成AlGaN光敏元列陣，在N型AlxGai-xN層3上置有公共電極 12,在P型AlyGa,-yN層5上置有P電極11，側(cè)面和正面裸露的AlGaN光敏元列 陣上置有Si02鈍化層6。所說的PZT列陣探測器由置在多孔Si02隔熱層7上的通過溶膠-凝膠法依次 排列生長的LaNi03層8、 PZT層9組成。LaNi03層8作為下電極層，PZT層9上 置有上電極IO。所說的紫外探測波長與AlGaN的組份有關(guān)，短波截止波長由N型AlxGai—xN 層3的組分x決定，長波截止波長由P型AlyGai-yN層5的組分y決定。本發(fā)明的探測器采用背入射方式工作，工作過程是當(dāng)一束含有紫外、可 見、紅外成分的入射光照射到器件表面時，首先透過藍(lán)寶石襯底和A1N層，能量 大于N型ALGaJ層禁帶寬度的光子被該層吸收，能量在N型Al,Ga卜,N層和P 型AlyGa卜yN層的禁帶寬度中間的光子產(chǎn)生電子空穴對，經(jīng)pn結(jié)電場加速收集， 產(chǎn)生光信號輸出；能量小于P型AlyGa卜yN層禁帶寬度的光子穿過Si02鈍化層6、 多孔Si02隔熱層7，在LaNi03層8上轉(zhuǎn)化為熱，PZT層9接受熱信號，轉(zhuǎn)化為電 信號輸出。由于入射光垂直經(jīng)過各層，產(chǎn)生電信號輸出，因此該結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn) 紫外到紅外的同時同位置探測。本發(fā)明的最大優(yōu)點在于1.可以同時探測紫外到紅外波段的信號，并且在紫外波段具有很高的量子 效率，可見-紅外波段的光譜響應(yīng)很寬。
2. 該探測器在紫外波段的響應(yīng)可以根據(jù)應(yīng)用需求通過調(diào)整ALGa卜JM層的組 分來進行調(diào)節(jié)。3. 該探測器與大規(guī)模、高可靠性的焦平面發(fā)展方向一致，有廣泛的應(yīng)用前旦 豕；4. 制作工藝可行，室溫工作，使用方便。


圖1為本發(fā)明的AlGaN-PZT焦平面探測器的俯視示意圖(以8X8為例)； 圖2為本發(fā)明的焦平面探測器的結(jié)構(gòu)示意圖(僅畫出一個單元)； 圖3為本發(fā)明的焦平面探測器的制備工藝流程圖。
具體實施方式
下面以紫外探測波長為250-280nm為實施例，結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實 施方式作進一步的詳細(xì)說明本發(fā)明采用常規(guī)的材料生長和器件制備工藝，通過材料逐層生長和器件刻蝕工藝實現(xiàn)器件結(jié)構(gòu)成形，其工藝步驟如下(1) 在雙面拋光的藍(lán)寶石襯底1上，用MOCVD方法依次排列生長(見圖 3(a)):0. 1-1. 5微米厚的A1N緩沖層2;0. 5-2微米厚Si摻雜濃度為1(Tciif3的N型AlxGahN層3，組份x二0. 65;0. 1-0. 4微米厚的i型AlyGa卜yN層4，組份y=0. 45;0. 05-0. 4微米厚Mg摻雜濃度為1017cm—3的P型Al"yN層5，組份y=0. 45;(2) 刻蝕P型AlQ.45Ga。.55N層5和i型AlQ.45GaQ.55N層4的部分區(qū)域，形成臺 面結(jié)構(gòu)(見圖3(b));并生長O. l-0.5微米厚SiO2鈍化層6;
(3) 溶膠-凝膠法依次生長(見圖3(C)):0. 1-0. 5微米厚多孔Si02隔熱層7; 0. 02-0. 2微米厚LaNi03吸收層8;(4) 刻蝕部分LaNi03吸收層8，留下的部分LaNi03吸收層8作為下電極層； 溶膠-凝膠法生長0. 02-0. 5微米厚PZT薄膜9;在PZT薄膜上光刻生長0. 02-0. 1 微米厚Pt上電極10作為引出電極(見圖3(d));(5) 分別刻蝕到N-Al。.65Ga。.35N層3和P-Al。.45Ga。.5sN層5，在N-AlQ.65Ga。.35N 層3上制備Ti/Al/Ti/Au公共電極12，在P-Al。.45Ga(,.55N層5上制備Ni/Au電極， 并且該Ni/Au電極通過臺面的側(cè)面延伸至LaNi03吸收層8，與LaNi03吸收層電 學(xué)接觸，Ni/Au電極既作為AlGaN探測器的P電極11又作為PZT探測器的下電 極層的引出電極(見圖2)。芯片上生長銦柱，.與讀出電路倒焊互連，即完成AlGaN-PZT焦平面探測器 的制備，圖中未畫出銦柱與讀出電路。
權(quán)利要求
1.一種AlGaN-PZT焦平面探測器，包括藍(lán)寶石襯底(1)，其特征在于在藍(lán)寶石襯底(1)上依次置有AlGaN NIP型紫外列陣探測器和PZT鐵電復(fù)合薄膜紅外列陣探測器；在紫外列陣探測器和PZT鐵電復(fù)合薄膜列陣探測器之間置有防止串音的多孔SiO2隔熱層(7)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的一種AlGaN-PZT焦平面探測器，其特征在于所說的 AlGaN紫外列陣探測器包括依次排列外延生長在藍(lán)寶石襯底(1)的A1N緩沖 層(2)、 N型AlxGa卜xN層(3)、 i型AlxGai-xN層(4)和P型AlxGai_xN層(5)， 在外延層上通過刻蝕形成AlGaN光敏元列陣；在N型AlxGai-xN層(3)上置有公 共電極(12)，在P型AlxGai-xN層(5)上置有P電極(11)，側(cè)面和正面裸露的 AlGaN光敏元列陣上置有Si02鈍化層(6)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l的一種AlGaN-PZT焦平面探測器，其特征在于所說的 PZT列陣探測器由置在多孔Si02隔熱層(7)上的通過溶膠-凝膠法依次排列生長 的LaNi03層(8)、 PZT層(9)組成；LaNi03層(8)作為下電極層，PZT層(9) 上置有上電極(10)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的一種AlGaN-PZT焦平面探測器，其特征在于所說的 紫外探測器的探測波長與AlGaN的組份有關(guān)，短波截止波長由N型AlxGai-xN層(3)的組分x決定，長波截止波長由P型AlyGa卜yN層(5)的組分y決定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種AlGaN-PZT焦平面探測器，它采用兩種不同響應(yīng)波段材料同相疊加集成結(jié)構(gòu)。利用多層薄膜結(jié)構(gòu)中不同層對于不同光子能量的光吸收的差別，實現(xiàn)了在紫外到紅外的寬波段吸收和高分辨率的有機結(jié)合。外延層AlGaN作為紫外吸收層，吸收能量大于其禁帶寬度的入射光子，并轉(zhuǎn)化為光電流；同時作為窗口層，使能量小于其禁帶寬度的入射光子透過。透過的光子被LaNiO₃吸收轉(zhuǎn)化為熱量，傳遞給PZT材料，利用熱釋電性質(zhì)，得到光信號。本發(fā)明的優(yōu)點是適應(yīng)大規(guī)模焦平面應(yīng)用，并且可以室溫工作。
文檔編號H01L27/16GK101211958SQ20071017270
公開日2008年7月2日 申請日期2007年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月21日
發(fā)明者劉向陽, 孫璟蘭, 孟祥建, 燕 張, 李向陽, 王妮麗, 杰 陳, 莉 韓 申請人:中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所