[发明专利]红外—紫外多色探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光探测器技术领域，尤其是一种红外—紫外多色探测器及其制备方法。

背景技术

所有物体均发射与其温度和特性相关的热辐射，环境温度附近物体的热辐射大多位于红外波段。红外辐射占据了相当宽的电磁波段(0.8μm～1000μm)。由此可知，红外辐射提供了客观世界的丰富信息，充分利用这些信息是人们追求的目标。目前红外辐射的探测技术已经非常成熟，在军用和民用都有着广泛应用，如红外成像、红外预警、红外监测等，但由于红外波段往往背景复杂，因此探测容易出现假信号和虚警。相比之下，紫外辐射探测的虚警率要低的多，但探测距离较近。近年来综合红外/紫外探测优势的多色探测技术成为光电探测领域的一个研究热点，它可获得紫外和红外多个波段的信息，增强系统对目标的识别能力，降低虚警率，在目标成像、监测、告警等领域有重要的应用前景。目前通用的技术方案一般是将各自独立的红外波段探测器和紫外波段探测器简单组合而形成红外/紫外多色探测器，但其封装复杂，体积大、成本高，不利于系统集成。近年来国外报道了一种基于HEIWIP思想的GaN/AlGaN系单片集成红外/紫外探测器结构，但由于其设计中n+GaN发射极位于光入射一侧，且其Al组分低于AlGaN势垒区造成势垒区吸收的紫外辐射大大减少，因此其紫外响应很低。如果刻蚀掉这一发射极层又会使红外响应减小四倍，而紫外响应仅增加两倍，因此这种结构设计在很大程度上制约了探测器的性能，影响了探测器在紫外和红外波段的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种紫外响应较强，紫外和红外响应能同时优化的红外—紫外多色探测器及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明包括有衬底，在衬底上依次生长AlN缓冲层、n型GaN/AlGaN发射层、非掺杂AlGaN势垒层、n型AlGaN窗口接触层、非掺杂AlGaN吸收层、p型AlGaN限制窗口层和p型GaN接触层形成的多色探测器台面；在n型GaN/AlGaN发射层上有n型下接触电极，在n型AlGaN窗口接触层上有n型中间接触电极，在p型GaN接触层上有p型上接触电极。

本发明制备方法采用下述工艺步骤：a、生长材料结构：在衬底上依次生长AlN缓冲层、n型GaN/AlGaN发射层、非掺杂AlGaN势垒层、n型AlGaN窗口接触层、非掺杂AlGaN吸收层、p型AlGaN限制窗口层和p型GaN接触层；

b、在p型GaN接触层上图形光刻，以光刻胶做掩蔽，刻蚀p型GaN接触层、p型AlGaN限制窗口层和非掺杂AlGaN吸收层至n型AlGaN窗口接触层上表面，形成一级凸形台面；

c、在n型AlGaN窗口接触层上图形光刻，用光刻胶做掩蔽，刻蚀n型AlGaN窗口接触层和非掺杂AlGaN势垒层至n型GaN/AlGaN发射层上表面，形成二级凸形台面；

d、在p型GaN接触层上制作p型上接触电极；

e、在n型AlGaN窗口接触层上制作n型中间接触电极，在n型GaN/AlGaN发射层上制作n型下接触电极；

f、进行器件SiO₂介质钝化以及开孔互连。

该发明的具体思路为重新设计以往的GaN/AlGaN系HEIWIP结构，提高入射光一侧的n型GaN/AlGaN层的Al组分含量，使其高于势垒区AlGaN层Al组分含量形成具有紫外吸收窗口功能的接触层，将背对入射光的n型GaN/AlGaN层做为发射极层；在此结构上再外延GaN/AlGaN PIN结构，利用HEIWIP的n型接触层做为PIN结构的n型接触层，形成紫外增强的红外/紫外复合探测器材料结构。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提出了一种新的单片集成紫外增强型红外/紫外多色探测器的设计和制造方法，将GaN/AlGaN系PIN和带有紫外吸收窗口层的新HEIWIP结构结合起来，外延在同一衬底材料上形成紫外响应增强的红外/紫外多色敏感薄膜，并通过宽带系半导体微细加工工艺实现紫外响应增强的单片集成红外/紫外多色探测器单元或焦平面器件，具有结构简单易于生长，体积小，可实现三波段响应等优点。