专利名称：氮化镓基可见/紫外双色光电探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电探测器，具体是指可同时探测可见波段和紫外波段的氮化镓基双色光电探测器。
背景技术：
近年来，GaN、AlGaN、InGaN等氮化镓基光电器件受到人们的关注，其中比较突出的是发光器件和光电探测器件。由于氮化镓基光电探测器具有抗辐射性能好、可用于高温环境等优点，加上其可以做到对可见光波段不敏感这一显著优点，使其成为一个研究和开发热点。
国外已报道的氮化镓基单元紫外探测器有多种，如光导型、MS型、PIN型以及光三极管型等，列阵焦平面探测器也有报道。如文献“MRS Internet J.Nitride Semicond.Res.5，9(2000).”所报道的“Solar-Blind AlGaNHeterostructure Photodiodes”，采用异质结PIN结构，其响应波长为250-290nm，峰值响应在270nm附近；焦平面探测器也多采用PIN结构，实现的探测波长范围也比较窄，如文献“MRS Internet J.Nitride Semicond.Res.5，6(2000).”所报道的128×128焦平面器件，其响应波段在320-365nm。国内GaN基材料的研究已经开展多年，光电器件研究和开发目前主要集中在发光二极管领域，较少涉及到紫外探测器。
但是，上述所有这些探测器的结构都只能实现某一波长范围的探测功能。当它们用于光电探测仪器时，需要针对不同的入射光波段范围采用不同波段的光电探测器。当系统需要多波段复合探测时，就可能需要两种或者两种以上的光电探测器，这样就增加了光电探测仪器系统的复杂性；当需要多波段光学通道配准时，还要对仪器的光学系统提出精密调节的要求。
应用双色光电探测器，不但可使系统具有通道自然配准的效果，而且在一个焦面上同时实现两个波段的光电探测，能够省略分色装置、简化系统，提高不同波段图像配准精度和可靠性。在红外光探测方面，中波红外/长波红外双色探测器的阵列器件已有报道。可见/紫外波段的氮化镓基双色光电探测器件在国内外各类文献中尚未见报道。
发明内容
基于上述已有的氮化镓基探测器存在探测波段单一的问题，本发明的目的是提供一种能够同时探测可见波段和紫外波段的氮化镓基双色光电探测器。
本发明的氮化镓基双色光电探测器包括衬底，其特征在于在衬底1上通过外延生长依次垂直集成二个光电二极管，其中一个为可见光光电二极管2，另一个为紫外光电二极管3。如果入射光是从器件的正面入射，则在衬底上先生成可见光光电二极管2，后生成紫外光电二极管3。如果入射光是从器件的背面入射，也即从器件的衬底入射，则正好相反。
本发明是利用氮化镓基材料AlN、AlGaN、GaN、InGaN的禁带宽度依次减小，并且它们的禁带宽度随化学组分发生变化，通过控制材料以及组分，从而控制禁带宽度，实现器件敏感波段的选取，达到双色光电探测的目的。
本发明的双色光电探测器的工作过程是当一束含有紫外和可见成分的入射光进入器件时，第一个光电二极管电极之间的光电信号是由紫外波段的光子激发，第二个光电二极管电极之间的光电信号是由可见及长波紫外部分的光子激发的。这样就实现了不同波长的同时同位置探测，即双色探测。
本发明的探测器的最大优点是在一个焦面上可同时实现两个波段的光电探测，使光电探测仪器省略分色装置，提高仪器的不同波段图像配准精度和可靠性。
图1为器件的外延层结构示意图；图2为器件的俯视图；图3为图2的A-A剖面结构示意图。
图4电子学的等效原理图具体实施方式
下面结合附图，以背照射方式为实施例，对本发明作进一步的详细说明1.器件的材料生长及其退火采用双面抛光的蓝宝石为衬底1，首先外延生长0.01-0.1微米厚AlN缓冲层4，然后依次生长0.1-0.5微米厚Si掺杂浓度为1017n型AlGaN层5、0.1-0.5微米厚i型GaN层6、0.5-2.0微米厚Mg掺杂浓度为1017p型GaN层7、0.1-0.5微米厚i型InGaN层8和0.1-0.5微米厚Si掺杂浓度为1018n+型GaN层9。如图1所示，为了能够清晰地示意出图中各层的结构，图中各层厚度不存在比例关系。多层结构的材料完成生长后，进行退火处理，退火温度在440℃～780℃，时间在20分钟到60分钟。
2.台面结工艺制备器件采用多步光刻和干法刻蚀的方法，使探测紫外和可见光二部分区域的材料得到刻蚀，分别露出n型AlGaN层5和p型GaN层7，然后在n型AlGaN层5和最上面的n+型GaN层9上用蒸、镀、溅射等通常的薄膜技术各制备一个钛铝镍金电极13、12，在p型GaN层上面制备镍金公用电极10，另外在被刻蚀区域的边缘和侧面，采用绝缘的介质膜11进行钝化处理。这样得到的器件结构中完成紫外探测的紫外光电二极管3由n型AlGaN层5、i型GaN层6和p型GaN层7构成；应用时，信号电压或信号电流由镍金公用电极10和钛铝镍金电极13之间输出。完成可见光探测的可见光光电二极管2由n+型GaN层9、i型InGaN层8和p型GaN层7构成；应用时，信号电压或信号电流由镍金公用电极10和钛铝镍金电极12之间输出。器件内部结构如图2和图3所示。器件的电子学的等效原理图如图4。
权利要求
1.一种氮化镓基可见/紫外双色光电探测器，包括衬底(1)，其特征在于在衬底(1)上通过外延生长依次垂直置有二个光电二极管，其中一个为可见光光电二极管(2)，另一个为紫外光电二极管(3)；如果入射光是从器件的正面入射，则在衬底上先置可见光光电二极管(2)，后置紫外光电二极管3；如果入射光是从器件的背面入射，也即从器件的衬底入射，则正好相反。
2.根据权利要求1的一种氮化镓基可见/紫外双色光电探测器，其特征在于所说的可见光光电二极管(2)依次由0.1-0.5微米厚n+型GaN层、0.1-0.5微米厚i型InGaN层和0.5-2.0微米厚p型GaN层构成。
3.根据权利要求1的一种氮化镓基可见/紫外双色光电探测器，其特征在于所说的紫外光电二极管(3)由0.1-0.5微米厚n型AlGaN层、0.1-0.5微米厚i型GaN层和0.5-2.0微米厚p型GaN层构成。
全文摘要
本发明公开了一种氮化镓基可见/紫外双色光电探测器，该探测器包括在衬底上通过外延生长依次垂直集成二个光电二极管，其中一个为可见光光电二极管，另一个为紫外光电二极管。它是利用氮化镓基材料AlN、AlGaN、GaN、InGaN的禁带宽度依次减小，并且它们的禁带宽度随化学组分发生变化，通过控制材料以及组分，从而控制禁带宽度，实现器件敏感波段的选取，达到双色光电探测的目的。本发明的探测器的最大优点是在一个焦面上可同时实现两个波段的光电探测，使光电探测仪器省略分色装置，提高仪器的不同波段图像配准精度和可靠性。
文档编号G01J1/02GK1598502SQ0315105
公开日2005年3月23日 申请日期2003年9月18日 优先权日2003年9月18日
发明者李向阳, 王平 申请人:中国科学院上海技术物理研究所