[發明專利]AlGaN/PZT紫外/紅外雙波段探測器

有效

• 申請號: 200710041610.6
• 申請日: 2007-06-04
• 公開（公告）號: CN101075647A
• 公開（公告）日: 2007-11-21
• 發明（設計）人: 張燕;李向陽;孫璟蘭;孟祥建
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L31/09
• 分類號: H01L31/09
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及紫外/紅外雙波段探測器，具體是指AlGaN(鋁鎵氮)/PZT((Pb(Zr_xTi_1-x)O₃)鋯鈦酸鉛)紫外/紅外雙波段探測器。

背景技術

在探測規模不斷擴大的同時，提高探測器件的可靠性、降低探測系統的虛警率成為亟待解決的重要問題。方法之一是系統接收不同波段的目標信息。使用兩個或多個探測器，每個探測器探測不同的波段，系統就可以接收這些目標信息，經過處理，顯示出來。這種利用多個探測器實現多波段探測的系統，雖然可以降低系統虛警率，但是系統異常復雜，而且當需要光學通道配準時，還要求光學系統的精密調節。

獲取多波段信息的最好方法就是在一個探測器上實現多個波段的探測。這種所謂的雙色(多色)探測器，結構緊湊，可以實現多個波段的同時同位置探測，簡化了光學系統。

目前報道的集成雙波段探測主要集中在紅外和可見波段，美國、法國都成功發展了HgCdTe紅外雙波段焦平面探測器、GaAlAs/GaAs量子阱超晶格雙波段探測器。紫外和紅外雙波段集成探測器的報道很少，據我們所知僅有一篇題為“氮化鎵基紫外-紅外雙色集成探測器”的中國發明專利，專利號：200510026720.6。此專利公布的雙色探測由在藍寶石襯底上依次排列生長的n+-GaN電極層、GaN基多量子阱、Al_xGa_1-xN紫外吸收層、叉指電極組成，利用MSM結構紫外探測器的叉指電極作為紅外量子阱探測器的一維光柵，通過外加偏壓控制實現雙色探測。此器件具有使用同一種材料實現不同波段探測的特點和優點，然而由于MSM結構的填充因子低以及量子阱本身的特點，探測器的量子效率一般會很低，不易提高。這將使其在很多的應用場合中受到限制。

發明內容

本發明的目的是提供一種可以同時探測紫外光和紅外光的、高量子效率的、工作于室溫的垂直集成雙波段探測器件。

本發明的紫外/紅外雙波段探測器件，包括藍寶石襯底，其特征在于：在藍寶石襯底的一面置有AlGaN?PIN結構的紫外探測器件；在藍寶石襯底的另一面置有通過溶膠-凝膠法生長的PZT鐵電復合薄膜結構的紅外探測器件。

所說的AlGaN?PIN結構的紫外探測器件包括：在藍寶石襯底的一面通過分子束外延依次排列生長的GaN緩沖層2、n型AlGaN層3、I型AlGaN層4和p型AlGaN層5，在n型AlGaN層3上置有下電極10，在p型AlGaN層5上置有上電極11。

所說的PZT鐵電復合薄膜結構的紅外探測器件包括：在藍寶石襯底的另一面通過溶膠-凝膠法依次排列生長的多孔SiO₂隔熱層6、LaNiO₃電極層7、PZT薄膜8，在PZT薄膜8上置有通過蒸發的Pt電極層9，在LaNiO₃電極層7上置有銦柱12，在Pt電極層9上置有銦柱13，銦柱12和銦柱13與同樣長有銦柱的基板14互連。

本發明的紫外/紅外雙波段探測器件的工作過程是：當含有紫外、紅外成分的入射光束照射到器件表面時，首先由AlGaN?PIN結構接收紫外光，產生電信號由電極輸出；紅外光透過AlGaN層和藍寶石基片，由PZT鐵電復合薄膜接收，產生的電信號通過與其銦柱倒焊互連的基板輸出。這樣就實現了紫外/紅外不同波長光束的同時同位置探測。

本發明的探測器的最大優點在于：

1.在一個探測器上同時實現了紫外和紅外兩個不同波段的信號探測，提高了探測器件的可靠性，降低系統的虛警率。

2.紫外探測采用具有寬的直接禁帶AlGaN材料，通過改變組分可以調節響應波段，可靠性好，量子效率高。紅外探測采用PZT鐵電薄膜，其制備的工藝可以與紫外探測的AlGaN兼容。

3.本發明的探測器件工作于室溫，簡便易用。

附圖說明

圖1為本發明的雙波段探測器件的材料結構層示意圖；

圖2為發明的器件剖面結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明：

探測器件的材料制備

見圖1，首先，在雙面拋光的藍寶石襯底1的一表面上，依次排列外延生長：

0.1-1.5微米厚的GaN緩沖層2；

0.5-2微米厚Si摻雜濃度為10¹⁸cm^-3的n型AlGaN層3；

0.2-0.4微米厚的I型AlGaN層4；