[實用新型]量子阱紅外探測器

無效

• 申請號: 201020187207.1
• 申請日: 2010-05-07
• 公開（公告）號: CN201699035U
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 劉燕君
• 申請（專利權）人: 無錫沃浦光電傳感科技有限公司
• 主分類號: H01L31/101
• 分類號: H01L31/101;H01L31/0304
• 代理公司: 上海碩力知識產權代理事務所 31251
• 代理人: 王法男

技術領域

本實用新型涉及一種半導體紅外光電器件，具體涉及一種量子阱紅外探測器(Quantum?Well?Infrared?Photodetectors，簡稱為QWIP)。

背景技術

在中紅外至遠紅外波段發展較為成熟的傳統探測器有碲化銦(InSb)紅外探測器，和碲鎘汞(HgCdTe)紅外探測器。最近三十年來，隨著低維材料技術的發展，出現了量子阱紅外探測器這一新技術，并且得到快速發展和廣泛應用。與其他紅外技術相比，量子阱紅外探測器具有響應速度快、探測率高、探測波長調，抗輻射性強等優點，而且可以用分子束外延技術(MBE)或金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)等先進工藝生長，容易做出高品質、大面積、均勻性強的探測器陣列。在所用的各種材料的中，砷化鎵/鋁鎵砷(GaAs/Al_xGa_1-xAs)材料是應用最為廣泛，技術最為成熟的。它就有很多優良特性，如電子遷移率高、禁帶寬度大、具有直接躍遷的能帶結構。目前基于GaAs的量子阱紅外探測器已經發展成為比較成熟的技術，人們已經利用它實現了對中、遠紅外以至太赫茲等各個區域的覆蓋。

目前，中遠紅外波段的主流紅外探測器，包括InSb紅外探測器、HgCdTe紅外探測器、量子阱紅外探測器都在低溫下工作(通常低于100K)，需要通過液氮杜瓦或循環制冷機制冷，嚴重限制了它們的廣泛應用。此外，隨著科技的發展，人們也對探測器的響應速度提出了很高的要求。在此前提下，急需出現一種室溫或準室溫工作、具備很高吸收系數和很快響應速度的紅外探測器。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種量子阱紅外探測器，它可以在室溫或準室溫工作，且具備很高的吸收系數和很快的響應速度。

為了解決以上技術問題，本實用新型提供了一種量子阱紅外探測器，包括：GaAs襯底層，在所述GaAs襯底層上通過分子束外延技術或金屬有機化學氣相沉積依次逐層生長的：

未摻雜的GaAs緩沖層；

n型摻雜的GaAs下電極層；

先勢壘后勢阱交替生長多個周期形成的多量子阱層；

Al_xGa_1-xAs勢壘層；

n型摻雜的GaAs上電極層；

其中，所述的多量子阱層，每個周期包括一個Al_xGa_1-xAs勢壘層和一個GaAs勢阱層，所述Al_xGa_1-xAs勢壘層的厚度為所述GaAs勢阱層的厚度的15～20倍，所述的多量子阱層一個周期的厚度為80～120nm，所述的多量子阱層的周期數為15～20。

優選地，所述GaAs勢阱層進行n型摻雜，所摻雜質為硅，其摻雜濃度高于1×10¹⁸cm^-3。

優選地，所述勢壘高度由Al_xGa_1-xAs中的Al組分x決定，x的范圍在0.1～0.5。

優選地，所述量子阱紅外探測器屬于束縛態到連續態或準連續態躍遷型量子阱紅外探測器。

優選地，所述量子阱紅外探測器采用表面光柵結構。

優選地，所述量子阱紅外探測器的工作溫度高于200K。

本實用新型具有以下優點：

1.本實用新型的量子阱紅外探測器能夠在室溫或者準室溫的條件下工作，工作溫度大于200K，無需制冷設備或者僅需要半導體熱電制冷器進行制冷。相比之下，常規的量子阱紅外探測器通常工作在100K以下，需要安置在杜瓦或循環制冷機中。

2.本實用新型的量子阱紅外探測器具備很高的光吸收系數，室溫或準室溫下光吸收系數達到30％以上。

3.本實用新型的量子阱紅外探測器實現了對暗電流的有效抑制，從而大大減小了器件噪聲，提高了探測率，在室溫或者準室溫下的探測率可達到或者接近理論極限值(背景限制探測率)。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細說明。

圖1是本實用新型的量子阱紅外探測器結構示意圖；

圖2是圖1中多量子阱層結構示意圖。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，本實用新型所提出的量子阱紅外探測器利用GaAs材料為襯底1，利用MBE或者MOCVD技術逐層生長出以下多層結構：

(1)一層未摻雜的GaAs緩沖層2。