[发明专利]氮化镓基多波段探测器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件领域，特别是发明了一种氮化镓基多波段探测器及其制作方法。

背景技术

作为第三代半导体，氮化镓(GaN)及其系列材料(包括氮化铝、铝镓氮、铟镓氮、氮化铟)以其禁带宽度大、光谱范围宽(覆盖了从紫外到红外全波段)、耐高温性和耐腐蚀性好，在光电子学和微电子学领域内有巨大的应用价值。GaN基紫外探测器是一种非常重要的GaN基光电子器件，在导弹预警、火箭羽烟探测、紫外通信、生化武器探测、飞行器制导、宇宙飞船、臭氧层空洞探测、火灾监测等民用、军用领域有着重要的应用价值。目前世界上在GaN基紫外探测器方面已经取得了很大进展，已研制多种结构的单元器件和焦平面阵列。但是这些探测器对小于某一波长的光都有响应，无法区分和探测多个离散的波段。影响了氮化镓紫外探测器的进一步发展和应用

与单一波段探测器相比，GaN基多波段紫外探测器能够识别离散的多个光谱，在实际应用中可以做到虚警率低、灵敏度高、抗干扰能力强等等不可比拟的优点。同时多波段探测能够增大短距离紫外光通信系统的通信能力，在光通讯领域发挥重要作用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种氮化镓基多波段探测器及其制作方法，这种多波段探测器能够分别探测多个波段的光，并判断出每个波段的光的强度。

本发明提供一种氮化镓基多波段探测器，其特征在于，包括：

一衬底；

一短波段探测单元，包括：

一第一宽带隙材料层，该第一宽带隙材料层外延生长在衬底上面一侧的三分之一处；

一对第一背靠背肖特基电极，该对第一背靠背肖特基电极生长在第一宽带隙材料层上；

一中波段探测单元，包括：

一第二宽带隙材料层，该第二宽带隙材料层外延生长在衬底上面中间的三分之一处，该第二宽带隙材料层与第一宽带隙材料层之间有一第一间隙；

一第二中间带隙材料层，该第二中间带隙材料层外延生长在第二宽带隙材料层上；

一对第二背靠背肖特基电极，该对第二背靠背肖特基电极生长在第二中间带隙材料层上；

一长波段探测单元，包括：

一第三宽带隙材料层，该第三宽带隙材料层外延生长在衬底上面另一侧的三分之一处，该第三宽带隙材料层与第二宽带隙材料层之间有一第二间隙；

一第三中间带隙材料层，该第三中间带隙材料层生长在第三宽带隙材料层上；

一第三窄带隙材料层，该第三窄带隙材料层生长在第三中间带隙材料层上；

一对第三背靠背肖特基电极，该对第三背靠背肖特基电极生长在第三窄带隙材料层上。

其中所述的衬底为双面抛光的蓝宝石材料。

其中所述的第一、第二、第三宽带隙材料层和第二、第三中间带隙材料层以及第三窄带隙材料层的材料为氮化镓基材料，包括AlN、GaN、InN及其三元或者多元化合物。

其中所述的第一、第二、第三宽带隙材料层的带隙宽度大于第二、第三中间带隙材料层的带隙宽度，第二、第三中间带隙材料层的带隙宽度大于第三窄带隙材料层的带隙宽度。

其中所述的第一、第二、第三宽带隙材料层以及第二、第三中间带隙材料层的厚度要分别大于其本征带隙对应的光的吸收长度。

其中所述的第一、第二、第三三对背靠背肖特基电极为长条形或叉指形结构，材料为透光、半透光或者不透光的材料。

本发明提供一种氮化镓基多波段探测器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在衬底上利用外延生长设备生长宽带隙材料层；

步骤2：在宽带隙材料层上生长中间带隙材料；

步骤3：在中间带隙材料上生长窄带隙材料层；

步骤4：在前述步骤形成的结构上，刻蚀两条沟槽状的第一和第二间隙，该第一和第二间隙的深度至衬底为止，将衬底上的材料分成三段式的第一段窄带隙材料层、第二段窄带隙材料层和第三段窄带隙材料层；

步骤5：将第一段上的第一窄带隙材料层和中间带隙材料以及第二段的窄带隙材料层刻蚀掉；

步骤6：分别在第一宽带隙材料层、第二中间带隙材料层、第三窄带隙材料层上制作第一对背靠背肖特基电极、第二对背靠背肖特基电极、第三对背靠背肖特基电极；

步骤7：进行衬底剪薄、抛光、解理，将单管器件封装在管座上，形成氮化镓基多波段探测器。

其中所述的衬底为双面抛光的蓝宝石材料。

其中所述的宽带隙材料层、中间带隙材料层以及窄带隙材料层的材料为氮化镓基材料，包括AlN、GaN、InN及其三元或者多元化合物。