结合外延材料工艺、芯片工艺及互连集成工艺具体情况, 分析了AlGaN外延材料、探测器阵列芯片及倒焊芯片的均匀性特点, 讨论了影响外延材料Al组分分布均匀性、芯片电阻和电容分布均匀性的各种因素。在此基础上, 提出了改进器件均匀性的技术途径。利用MOCVD外延材料生长技术, 生长了背照式AlGaN-pin异质结构外延材料, 并利用所生长的外延材料制作了320×256元AlGaN日盲紫外焦平面阵列器件。测试所制作的器件, 结果显示, 其光谱响应范围为255~280nm, 位于日盲波段, 0V偏置时272nm峰值波长响应度大于0.16A/W(外量子效率大于72.9%), 有效像元数大于99.2%, 响应非均匀性小于3.36%。

为满足日盲探测系统的技术要求, 研制了一种可以实现紫外日盲区(200~270 nm)高透射、近紫外到近红外区(300~1200 nm)深截止的光学滤光片。通过分析材料的光学特性, 结合光学薄膜理论, 优化膜系结构, 设计了介质与金属组合的膜系。采用电子束加热蒸发的方法沉积金属膜, 通过对沉积速率的实验研究, 在保证金属光学性能的前提下, 有效降低了膜厚控制误差。采用逆向反演法与膜层敏感度分析, 对谐振层工艺参数进行优化, 有效降低了谐振层的控制误差。该滤光膜在200~270 nm波段的平均透射率达到51.21%, 在300~1200 nm抑制区的平均透射率为0.90%。

利用现有外延材料生长技术和器件工艺技术, 生长了背照式AlxGa1-xNpin外延材料, 并用生长的材料制作了日盲紫外探测器, 测试结果表明器件在0V偏压下抑制比达到了6400。在此基础上, 较详细地分析了偏置电压、p-AlxGa1-xN载流子浓度和Al组分、极化效应对背照式AlxGa1-xNpin日盲紫外探测器抑制比的影响及非日盲光生载流子的限制机制。分析表明, 提高p-AlxGa1-xN载流子浓度和GaN/AlxGa1-xN异质结极化强度是现有技术条件下提高器件抑制比的有效途径。

对于诸如高超音速飞行器的早期探测和预警、以及在日盲紫外波段的应用等非常微弱信号的探测来说, 可以光子计数的单光子探测器特别令人感兴趣。雪崩光电二极管( APD)具有高速度、高灵敏度和光学增益大等优点。AlGaN合金易于通过改变摩尔组分来选择截止波长。对于在日盲波段实现单光子灵敏度而言, AlGaN APD是最有希望的半导体器件技术。通过对近年来的国内外相关文献资料的归纳分析, 介绍了日盲 AlGaN探测器的概念, 比较了高超音速飞行器的红外与日盲紫外辐射特征, 介绍了基于盖革模式与线性模式 APD的日盲紫外单光子探测器的发展动态。