[发明专利]铝镓氮－锆钛酸铅焦平面探测器

说明书

技术领域

本发明涉及紫外-红外波段焦平面探测器，具体是指由多层薄膜叠加集成的铝镓氮-锆钛酸铅(AlGaN/PZT)焦平面探测器。

背景技术

目前报道的两个或多个窄波段集成焦平面探测器，主要集中在红外和可见波段范围，紫外-红外波段集成的探测器报道很少，仅有二篇中国专利。一篇题为“氮化镓基紫外-红外双色集成探测器”，专利号：200510026720.6。此专利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、Al_xGa_1-xN紫外吸收层、叉指电极组成；要探测的紫外波长和红外波长分别由Al_xGa_1-xN紫外吸收层和GaN基多量子阱中Al_xGa_1-xN势垒层的组分x确定。由于MSM结构的填充因子低以及量子阱本身的特点，探测器的量子效率不易提高。另有一篇题为“AlGaN/PZT紫外/红外双波段探测器”，申请号：200710041610.6。该专利在宝石基板两侧分别实现紫外和红外波段的探测，这种结构的缺点是不能用于大规模焦平面探测器。

发明内容

本发明的目的是提出一种可以克服上述已有结构所存在的问题的AlGaN-PZT焦平面探测器，该探测器采用薄膜结构，在衬底同一面依次排列集成，实现紫外和可见-红外探测，可室温工作。

本发明的AlGaN-PZT焦平面探测器，包括：蓝宝石衬底1，在蓝宝石衬底1上依次置有AlGaN结构的NIP型紫外列阵探测器件和PZT铁电复合薄膜结构的红外列阵探测器，在紫外列阵探测器和PZT铁电复合薄膜列阵探测器之间置有防止串音的多孔SiO₂隔热层7。

所说的AlGaN紫外列阵探测器包括：依次排列外延生长在蓝宝石衬底1的AlN缓冲层2、N型Al_xGa_1-xN层3、i型Al_yGa_1-yN层4和P型Al_yGa_1-yN层5，在外延层上通过刻蚀形成AlGaN光敏元列阵，在N型Al_xGa_1-xN层3上置有公共电极12，在P型Al_yGa_1-yN层5上置有P电极11，侧面和正面裸露的AlGaN光敏元列阵上置有SiO₂钝化层6。

所说的PZT列阵探测器由置在多孔SiO₂隔热层7上的通过溶胶-凝胶法依次排列生长的LaNiO₃层8、PZT层9组成。LaNiO₃层8作为下电极层，PZT层9上置有上电极10。

所说的紫外探测波长与AlGaN的组份有关，短波截止波长由N型Al_xGa_1-xN层3的组分x决定，长波截止波长由P型Al_yGa_1-yN层5的组分y决定。

本发明的探测器采用背入射方式工作，工作过程是：当一束含有紫外、可见、红外成分的入射光照射到器件表面时，首先透过蓝宝石衬底和AlN层，能量大于N型Al_xGa_1-xN层禁带宽度的光子被该层吸收，能量在N型Al_xGa_1-xN层和P型Al_yGa_1-yN层的禁带宽度中间的光子产生电子空穴对，经pn结电场加速收集，产生光信号输出；能量小于P型Al_yGa_1-yN层禁带宽度的光子穿过SiO₂钝化层6、多孔SiO₂隔热层7，在LaNiO₃层8上转化为热，PZT层9接受热信号，转化为电信号输出。由于入射光垂直经过各层，产生电信号输出，因此该结构可以实现紫外到红外的同时同位置探测。

本发明的最大优点在于：

1.可以同时探测紫外到红外波段的信号，并且在紫外波段具有很高的量子效率，可见-红外波段的光谱响应很宽。

2.该探测器在紫外波段的响应可以根据应用需求通过调整Al_xGa_1-xN层的组分来进行调节。

3.该探测器与大规模、高可靠性的焦平面发展方向一致，有广泛的应用前景；

4.制作工艺可行，室温工作，使用方便。