[发明专利]一种单片集成的紫外焦平面器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种单片集成的紫外焦平面器件及其制备方法。

背景技术

在现代光电探测技术中，紫外波段越来越受到人们的关注。由于宇宙空间、火焰、石油、气体污染物分子，以及高压线的电晕现象等都会含有紫外线辐射，因此紫外探测及紫外成像在航天、通讯、军事、民用检测等领域都有着广泛的应用需求，这些需求加快了紫外焦平面器件的发展速度。

焦平面阵列探测的原理为在其焦平面上排列着感光元件阵列，从无限远处发射的光线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接受到的光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终将电信号送达监视系统形成图像信息。

主流的紫外焦平面探测器都是基于GaN/AlxGa1-xN材料体系，采用GaN/AlxGa1-xN制作的紫外探测器，其紫外光/可见光抑制比高，对可见光不敏感，工作时不需要或者可以减少使用滤波器。由于GaN的禁带宽度为3.4eV，其光谱响应的截止波长为365nm，而AlN的禁带宽度为6.2eV，相应的截止波长为200nm。所以通过调整外延材料的组分比即掺铝含量，带隙能可以从3.4～6.2eV之间连续可调，对应的截止波长可以在200～365nm之间随意裁剪。

如图1所示，目前市面上的紫外焦平面探测器1均采用混合集成的方式制成，分别制作出GaN/AlxGa1-xN光电二极管阵列11和硅基的读出电路12，然后通过铟柱13互连的方式将二者键合在一起。其中，所述GaN/AlxGa1-xN光电二极管阵列11包括蓝宝石衬底111、N型AlGaN层112、P型AlGaN层113以及SiN保护层114；所述硅基的读出电路12包括Si衬底121和制备于所述Si衬底121上的读出电路122，所述读出电路122以符号代表，未显示具体结构。这种混合集成方法需要分别制备GaN/AlxGa1-xN光电二极管阵列11和硅基的读出电路12，然后通过键合的方式将两者互连，制备工艺复杂，而且良率较低，生产成本高，不利于大规模生产。

因此，如何简化紫外焦平面探测器的生产工艺，提高产品良率，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单片集成的紫外焦平面器件及其制备方法，用于解决现有技术中紫外焦平面探测器的生产工艺复杂，产品良率低，生产成本高，不利于大规模生产等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种单片集成的紫外焦平面器件，所述单片集成的紫外焦平面器件至少包括：

制备于同一衬底上的光电二极管阵列和读出电路；

所述光电二极管阵列包括多个光敏元，各光敏元包括制备于所述衬底上的N型外延层、制备于所述N型外延层上的P型外延层，用于接收紫外焦平面上的光；

所述读出电路与所述光电二极管阵列通过金属线连接，用于读取各光敏元中的电荷并输出。

优选地，所述衬底为P型衬底。

优选地，所述N型外延层和所述P型外延层的材质为AlGaN。

优选地，各光敏元之间通过隔离层进行隔离。

优选地，所述光电二极管阵列表面还包括SiN保护层，所述读出电路的表面还包括SiO₂保护层。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种上述单片集成的紫外焦平面器件的制备方法，所述单片集成的紫外焦平面器件的制备方法至少包括：

步骤S1：提供一衬底，根据设计布局在所述衬底上刻蚀沟槽，确定各光敏元的位置；

步骤S2：利用外延生长技术，在所述沟槽内逐层形成N型外延层及P型外延层；

步骤S3：刻蚀所述P型外延层以露出部分所述N型外延层；

步骤S4：在所述衬底上制备读出电路中的各器件；

步骤S5：制作各光敏元的电极，通过金属线将各电极与所述读出电路中相应的器件连接。

优选地，步骤S3还包括，在所述衬底、所述N型外延层及所述P型外延层的表面形成第一保护层。

优选地，在执行步骤S4之前，根据设计布局刻蚀所述保护层及所述衬底以形成隔离区，并在所述隔离区中形成隔离层，所述隔离层将各光敏元阻隔开。

优选地，步骤S4还包括在所述读出电路中的各器件表面形成第二保护层。

优选地，所述读出电路中的各器件采用标准CMOS工艺制备。

如上所述，本发明的单片集成的紫外焦平面器件及其制备方法，具有以下有益效果：