CN101075647A - AlGaN/PZT紫外/红外双波段探测器 - Google Patents

AlGaN/PZT紫外/红外双波段探测器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种AlGaN/PZT紫外/红外双波段探测器，它利用复合探测材料AlGaN/PZT的双波段吸收特性，同时实现紫外光和红外光的探测。入射光束先经过AlGaN PIN结构，能量较高的紫外光被吸收，转化为紫外光电流；能量较低的红外光透过蓝宝石衬底，被PZT铁电薄膜吸收，形成的光电流通过铟柱倒焊接出。本发明的双波段探测器充分利用了不同材料的探测优势，实现了两个波段的同时探测；同时，此探测器工作于室温，简便易用。

Description

AlGaN/PZT紫外/红外双波段探测器
技术领域
本发明涉及紫外/红外双波段探测器，具体是指AlGaN(铝镓氮)/PZT((Pb(ZrxTi1-x)O3)锆钛酸铅)紫外/红外双波段探测器。
背景技术
在探测规模不断扩大的同时，提高探测器件的可靠性、降低探测系统的虚警率成为亟待解决的重要问题。方法之一是系统接收不同波段的目标信息。使用两个或多个探测器，每个探测器探测不同的波段，系统就可以接收这些目标信息，经过处理，显示出来。这种利用多个探测器实现多波段探测的系统，虽然可以降低系统虚警率，但是系统异常复杂，而且当需要光学通道配准时，还要求光学系统的精密调节。
获取多波段信息的最好方法就是在一个探测器上实现多个波段的探测。这种所谓的双色(多色)探测器，结构紧凑，可以实现多个波段的同时同位置探测，简化了光学系统。
目前报道的集成双波段探测主要集中在红外和可见波段，美国、法国都成功发展了HgCdTe红外双波段焦平面探测器、GaAlAs/GaAs量子阱超晶格双波段探测器。紫外和红外双波段集成探测器的报道很少，据我们所知仅有一篇题为“氮化镓基紫外-红外双色集成探测器”的中国发明专利，专利号：200510026720.6。此专利公布的双色探测由在蓝宝石衬底上依次排列生长的n+-GaN电极层、GaN基多量子阱、AlxGa1-xN紫外吸收层、叉指电极组成，利用MSM结构紫外探测器的叉指电极作为红外量子阱探测器的一维光栅，通过外加偏压控制实现双色探测。此器件具有使用同一种材料实现不同波段探测的特点和优点，然而由于MSM结构的填充因子低以及量子阱本身的特点，探测器的量子效率一般会很低，不易提高。这将使其在很多的应用场合中受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种可以同时探测紫外光和红外光的、高量子效率的、工作于室温的垂直集成双波段探测器件。
本发明的紫外/红外双波段探测器件，包括蓝宝石衬底，其特征在于：在蓝宝石衬底的一面置有AlGaN PIN结构的紫外探测器件；在蓝宝石衬底的另一面置有通过溶胶-凝胶法生长的PZT铁电复合薄膜结构的红外探测器件。
所说的AlGaN PIN结构的紫外探测器件包括：在蓝宝石衬底的一面通过分子束外延依次排列生长的GaN缓冲层2、n型AlGaN层3、I型AlGaN层4和p型AlGaN层5，在n型AlGaN层3上置有下电极10，在p型AlGaN层5上置有上电极11。
所说的PZT铁电复合薄膜结构的红外探测器件包括：在蓝宝石衬底的另一面通过溶胶-凝胶法依次排列生长的多孔SiO2隔热层6、LaNiO3电极层7、PZT薄膜8，在PZT薄膜8上置有通过蒸发的Pt电极层9，在LaNiO3电极层7上置有铟柱12，在Pt电极层9上置有铟柱13，铟柱12和铟柱13与同样长有铟柱的基板14互连。
本发明的紫外/红外双波段探测器件的工作过程是：当含有紫外、红外成分的入射光束照射到器件表面时，首先由AlGaN PIN结构接收紫外光，产生电信号由电极输出；红外光透过AlGaN层和蓝宝石基片，由PZT铁电复合薄膜接收，产生的电信号通过与其铟柱倒焊互连的基板输出。这样就实现了紫外/红外不同波长光束的同时同位置探测。
本发明的探测器的最大优点在于：
1.在一个探测器上同时实现了紫外和红外两个不同波段的信号探测，提高了探测器件的可靠性，降低系统的虚警率。
2.紫外探测采用具有宽的直接禁带AlGaN材料，通过改变组分可以调节响应波段，可靠性好，量子效率高。红外探测采用PZT铁电薄膜，其制备的工艺可以与紫外探测的AlGaN兼容。
3.本发明的探测器件工作于室温，简便易用。
附图说明
图1为本发明的双波段探测器件的材料结构层示意图；
图2为发明的器件剖面结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步的详细说明：
探测器件的材料制备
见图1，首先，在双面抛光的蓝宝石衬底1的一表面上，依次排列外延生长：
0.1-1.5微米厚的GaN缓冲层2；
0.5-2微米厚Si掺杂浓度为1018cm-3的n型AlGaN层3；
0.2-0.4微米厚的I型AlGaN层4；
0.2-0.4um厚Mg掺杂浓度为1017cm-3的p型AlGaN层5。
在双面抛光的蓝宝石衬底1的另一表面上，采用溶胶-凝胶法依次排列生长：
0.1-0.5微米厚多孔SiO2隔热层6；
0.02-0.08微米厚LaNiO3电极层7；
0.02-0.08微米厚PZT薄膜8。
紫外探测部分的制备
采用常规的器件制备工艺，利用多步光刻和ICP刻蚀工艺，露出n-AlGaN层3；在n-AlGaN层3上制备下电极10，在p-AlGaN层5上制备上电极11；在被刻蚀材料边缘和表面，用SiO2绝缘介质膜作钝化处理。
红外探测部分的制备
同样，利用光刻胶作保护层，采用等离子体刻蚀工艺，刻蚀PZT材料，形成PZT探测单元，同时刻除LaNiO3多余部分以减小热串音；生长SiO2钝化膜进行表面和侧面钝化，在PZT探测单元上蒸发Pt作上电极层9，在上电极层9上制备铟柱13，在LaNiO37上制备铟柱12。铟柱12和铟柱13与同样长有铟柱的基板14互连。
工作状态确定：入射光束照射探测器表面，从电极10、11输出紫外光信号，由基板14上的电极输出红外光信号。

Claims (1)

1.一种AlGaN/PZT紫外/红外双波段探测器，包括蓝宝石衬底，其特征在于：
在蓝宝石衬底的一面置有AlGaN PIN结构的紫外探测器件；在蓝宝石衬底的另一面置有通过溶胶-凝胶法生长的PZT铁电复合薄膜结构的红外探测器件；
所说的AlGaN PIN结构的紫外探测器件包括：在蓝宝石衬底的一面通过分子束外延依次排列生长的GaN缓冲层(2)、n型AlGaN层(3)、I型AlGaN层(4)和p型AlGaN层(5)，在n型AlGaN层(3)上置有下电极(10)，在p型AlGaN层(5)上置有上电极(11)；
所说的PZT铁电复合薄膜结构的红外探测器件包括：在蓝宝石衬底的另一面通过溶胶-凝胶法依次排列生长的多孔SiO2隔热层(6)、LaNiO3电极层(7)、PZT薄膜(8)，在PZT薄膜(8)上置有通过蒸发的Pt电极层(9)，在LaNiO3电极层(7)上置有铟柱(12)，在Pt电极层(9)上置有铟柱(13)，铟柱(12)和铟柱(13)与同样长有铟柱的基板(14)互连。
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