[发明专利]一种用于量子阱红外探测器的交叉组合式双周期光栅

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于双色量子阱红外探测器中的光栅。

背景技术

量子阱红外探测器(英文简称为QWIP)具有大面积均匀性好、抗辐射、易于双色或多色器件单片集成等优点，是目前红外探测器研究的焦点，在矿物资源探测、森林防火、工业监控、医疗卫生、食品工业等领域有广泛应用前景，其原理结构如图1所示。研制响应率和探测率高、价格低的量子阱红外焦平面阵列是人们一直在追求的一个目标。国外研究机构已经报道了双色、三色和四色量子阱红外探测器(下面量子阱红外探测器简称QWIP)，其中双色的QWIP的光栅的栅孔阵列规模达到了1024×1024，四色达到了640×512。由于QWIP有源区对垂直于器件表面的入射光分量不吸收，因此需要在像元表面制作衍射光栅，使入射光通过衍射产生平行于量子阱方向的光分量，所以光栅的设计和制作是影响双色QWIP器件性能的重要因素。

在以往的文献中曾报道了两种结构的双周期光栅，如图3、4所示。图3中的是x、y方向参数不同的双周期光栅。这种光栅在x方向响应一个波长，在y方向响应另一个波长。但是由于x、y方向的参数不同，失去了正交对称性，易造成像散。图4所示的是单周期简单组合而成的双周期光栅。这种光栅左半面响应一个波长，右半面响应另一个波长。但是在整个面上的响应均匀性不是很好，而且当光栅孔的尺寸很小时，受光刻线宽的限制比较大。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种在整个面上响应均匀性好的、可避免像散、且提高耦合效率的交叉组合式的双周期光栅。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明中光栅的奇数行是由响应同一个波长的方形栅孔组成，偶数行是由响应另一个波长的方形栅孔组成，奇数行和偶数行交叉排列；奇数行的一个光栅孔和偶数行的两个光栅孔组成一个“品”字形。奇数行周期为d₁，栅孔宽度为a₁，栅孔深度为h₁；偶数行周期为d₂，栅孔宽度为a₂，栅孔深度为h₂；纵向周期为d₃，奇数行光栅到偶数行光栅的间距为x₁，偶数行光栅到下一奇数行光栅的间距为y₁。

光栅尺寸的设计方法如下：对于横向尺寸(包括d₁、a₁、d₂、a₂)，计算方法和单周期光栅的计算法相同，即光栅周期d＝λ/n，栅孔宽度a＝0.707d，栅孔深度h＝λ/(3.2n)。其中λ为入射光的波长，n为量子阱层的折射率。因此，对于响应波长为λ₁和λ₂的双色量子阱红外探测器，它的交叉组合双周期光栅的横向参数分别为d₁＝λ₁/n，d₂＝λ₂/n，a₁＝0.707d₁，a₂＝0.707d₂；栅孔深度分别为：h₁＝λ₁/(3.2n)，h₂＝λ₂/(3.2n)。对于纵向尺寸(包括d₃、x₁、y₁)，各参数为：d₃≈d₁+d₂，x1＝0.707d₂，y1＝0.707d₁。

本发明的光栅的光刻工艺为：

A在光栅片上先刻出奇数行光栅的图形，其工艺步骤为

A1、外延片预处理，依次用丙酮、乙醇分别超声清洗、用氮气吹干，

A2、涂胶，采用AZ1500光刻胶，

A3、前烘，在100℃热板上烘烤，

A4、曝光，

A5、显影，氮气吹干，

A6、坚膜，

A7、光栅刻蚀，采用ICP干法刻蚀得到所要求的光栅深度，

A8、去胶，用丙酮浸泡完成刻蚀的片子，去除光刻胶；

B在上述片子的对应位置上，用偶数行光栅掩膜版通过光刻工艺制作出偶数行光栅的掩模图形。

本发明取得的技术进步是：