一种AlGaN基背入式MSM紫外焦平面阵列成像系统的制备方法

摘要

本发明公开了一种AlGaN基背入式MSM紫外焦平面阵列成像系统的制备方法，属于半导体技术领域，包括以下步骤：(1)在衬底上依次外延生长AlN缓冲层、AlGaN渐变缓冲层、Al

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种AlGaN基背入式MSM紫外焦平面阵列成像系统的制备方法。

背景技术

紫外FPA探测器焦平面成像系统在紫外线辐射测量、臭氧监测、大气污染监控、空间通信、飞行器制导、血液分析、水银灯消毒监控等领域有广泛应用，紫外探测器是其中重要组成部分。传统光电导型探测器的优点是响应度大，其缺点是响应速度慢、带宽窄；PN结和PIN探测器生长工艺相对复杂、不灵活；包含两个背靠背肖特基结的平面结构金属-半导体-金属(MSM)结构探测器件具有暗电流小、工艺简单的优点。但是，传统的MSM探测器，光从器件正面入射，由于金属在紫外光区域的强吸收(每1nm厚金属吸收约10％的紫外光)，且器件结面积较小，导致探测器响应度降低。目前，背入式MSM探测器存在材料设计生长困难，衬底、缓冲层会吸收大部分紫外光，而吸收层吸收紫外光产生的载流子对主要集中在吸收层的下边缘，大部分载流子在输运收集过程中被散射损失掉。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高信噪比、高分辨率、高灵敏度的AlGaN基背入式MSM紫外焦平面阵列成像系统的制备方法。

本发明提供一种AlGaN基背入式MSM紫外焦平面阵列成像系统的制备方法，包括以下步骤：

(1)在衬底上依次外延生长AlN缓冲层、AlGaN渐变缓冲层、Al_xGa_1-xN紫外光吸收层；

(2)对衬底背面进行抛光；

(3)在Al_xGa_1-xN紫外光吸收层上光刻，制作金属叉指电极，所述金属叉指电极包括第一叉指电极、第二叉指电极，第一叉指电极环绕四周连接在一起，形成矩形结构，第二叉指电极设置于矩形内部，与第一叉指电极构成紫外焦平面阵列；

(4)在紫外焦平面阵列上制备In柱，与驱动电路，成像电路键合，制成所述AlGaN基背入式MSM紫外焦平面阵列成像系统。

进一步，所述Al_xGa_1-xN紫外光吸收层为Al_0.32Ga_0.68N紫外光吸收层，紫外光吸收层的厚度为0.2～0.3μm。

进一步，所述AlGaN渐变缓冲层中Al组分从1渐变到0.32，Al组分为0.32的AlGaN的禁带宽度对应要探测的紫外光的波长。

进一步，所述金属叉指电极为金属单层或者金属复合层，经过套刻，蒸镀，退火制备而成。

进一步，所述金属叉指电极为Ni/Au金属叉指电极，金属叉指电极与紫外光吸收层形成肖特基接触。

进一步，所述衬底采用蓝宝石、二氧化硅、氮化铝、氟化钙、氮化钛中的一种。

进一步，步骤(1)中，所述外延生长采用金属有机气相外延(MOCVD)、分子束外延(MBE)、物理气相外延(PVD)和离子束外延(IBE)中的任意一种。

进一步，步骤(2)中，所述衬底背面抛光方法采用物理机械研磨抛光、化学抛光中的一种。

进一步，步骤(3)中，在紫外焦平面阵列与驱动电路的接触表面制备了厚Al层用作光屏蔽膜。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：

本发明提供一种AlGaN基背入式MSM紫外焦平面阵列成像系统的制备方法，通过外延材料和器件的设计，相比传统正入式PN紫外焦平面成像系统具有以下优点：避免AlN缓冲层、衬底、金属电极对紫外光的吸收；可获得较薄且高质量的紫外光吸收层，减少载流子的迁移距离，本发明可显著提高紫外FPA探测器焦平面成像系统的性能，包括信噪比，分辨率，和灵敏度。

本发明提供的AlGaN基背入式MSM紫外焦平面阵列成像系统的制备方法，制备工艺简单，成本低，易于实施，可以大规模推广。

附图说明

图1是本发明在蓝宝石衬底上外延生长AlN缓冲层、AlGaN渐变缓冲层和Al_xGa_1-xN紫外光吸收层后的结构示意图。

图2为实施例中AlGaN基背入式MSM紫外焦平面阵列成像系统的俯视图。

图3为实施例中AlGaN基背入式MSM紫外焦平面阵列成像系统的侧视图。

图中：1—衬底；2—AlN缓冲层；3—AlGaN渐变缓冲层；4—Al_xGa_1-xN紫外光吸收层；5—金属叉指电极；501—第一叉指电极；502—第二叉指电极；6—紫外焦平面阵列；7—In柱。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图和实施例对本发明方案作进一步的阐述。

本发明提供一种AlGaN基背入式MSM紫外焦平面阵列成像系统的制备方法，包括以下步骤：

(1)在衬底1上依次外延生长AlN缓冲层2、AlGaN渐变缓冲层3、Al_xGa_1-xN紫外光吸收层4，如图1所示；

(2)对衬底背面进行抛光；

(3)在Al_xGa_1-xN紫外光吸收层上光刻，制作金属叉指电极5，所述金属叉指电极包括第一叉指电极501、第二叉指电极502，第一叉指电极501环绕四周连接在一起，形成矩形结构，第二叉指电极502设置于矩形内部，与第一叉指电极501构成紫外焦平面阵列6；

(4)在紫外焦平面阵列6上制备In柱7，与驱动电路，成像电路键合，制成所述AlGaN基背入式MSM紫外焦平面阵列成像系统，如图2～3所示。

实施例

本发明提供一种AlGaN基背入式MSM紫外焦平面阵列成像系统的的制备方法，包括以下步骤：

(1)选择直径为2英寸的平面(0001)面蓝宝石作为衬底，厚度约为400μm，采用MOCVD方法在蓝宝石上生长AlN缓冲层，厚度约为1.5μm，TMAl作为Al源，载气为氢气，生长温度为1200℃，压力为50mbar；

(2)在AlN缓冲层上继续生长AlGaN渐变缓冲层，其中Al组分从1渐变到0.32，Al组分为0.32的AlGaN的禁带宽度对应要探测的紫外光的波长，TMAl和TMGa分别作为Al源和Ga源；

(3)在AlGaN渐变缓冲层上生长厚度约为0.2μm的Al_0.32Ga_0.68N紫外光吸收层，Al_0.32Ga_0.68N的禁带宽度对应为要探测的紫外光的波长，约为280nm，AlN缓冲层和AlGaN渐变缓冲层，以及所用蓝宝石衬底对目标探测280nm紫外光透明，硅烷SiH₄作为Si源，实现了对Al_0.32Ga_0.68N紫外光吸收层的掺杂；

(4)采用机械研磨的方法将蓝宝石背面抛光，减少粗糙表面对入射紫外光的散射；

(5)在Al_0.32Ga_0.68N紫外光吸收层表面进行光刻，用电子束蒸发沉积Ni/Au金属叉指电极(20/100nm)，金属叉指电极与紫外光吸收层形成肖特基接触，金属叉指电极包括第一叉指电极、第二叉指电极，第一叉指电极环绕四周连接在一起，形成矩形结构，第二叉指电极独立，设置于矩形内部，单元尺寸为30μm×30μm，叉指电极的宽度和间距均为5μm，互联电极条宽为150μm，然后剥离光刻胶，得到紫外焦平面阵列；

(6)在紫外焦平面阵列上制备In柱，与驱动电路，成像电路键合，在紫外焦平面阵列与硅基驱动电路接触的表面制备了厚Al层用作光屏蔽膜，最终制得AlGaN基背入式MSM紫外焦平面阵列成像系统。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。