[發明專利]低噪聲量子探測元件及制作該光電探測元件的方法

有效

• 申請號: 201480075386.0
• 申請日: 2014-12-17
• 公開（公告）號: CN105981179B
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: B·波爾捷;M·凡爾登;R·海達爾;J-L·佩盧阿德;F·帕爾多
• 申請（專利權）人: 中央科學研究中心;法國宇航院
• 主分類號: H01L31/0232
• 分類號: H01L31/0232;H01L31/0304;H01L31/105;H01L31/109
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 陸嘉

1.一種量子光電探測元件，針對以中心波長λ₀為中心的光譜帶中的入射輻射，具有用于接收所述輻射的正面，且包括：

-由半導體材料制成的層的堆疊，其形成PN或PIN結且包括由截止波長為λ_c>λ₀的吸收半導體材料制成的至少一層，所述由半導體材料制成的層的堆疊形成諧振光學腔，所述諧振光學腔為波導；

-用于將入射輻射與所述光學腔耦合的結構，包括在所述正面上的衍射光柵和/或在背面上的衍射光柵，所述背面即在所述光學腔的、與支撐所述正面的一側相對的一側，以形成：

在所述中心波長λ₀處的導模諧振，使得在所述中心波長處所述吸收材料層中的吸收大于80％；

在輻射波長λ_rad處的最小的吸收，其中所述輻射波長λ_rad是在操作溫度下輻射復合率最大的波長。

2.根據權利要求1所述的光電探測元件，其中在所述中心波長λ₀處的諧振位于所述吸收半導體材料層中。

3.根據前述權利要求中的任一項所述的光電探測元件，其中所述用于將入射輻射與所述光學腔耦合的結構適于減少在所述輻射波長λ_rad處所述吸收半導體材料層中的吸收，所述減少大于exp(ΔE/kT)，其中ΔE是對應于波長λ_rad和λ₀的能量的變化。

4.根據權利要求1或2所述的光電探測元件，其中所述波導的厚度在λ₀/8n和λ₀/n之間，其中n是由形成所述波導的所述半導體材料制成的層的折射率的實部的平均值。

5.根據權利要求1或2所述的光電探測元件，其中所述波導的厚度在λ₀/4n和3λ₀/4n之間，其中n是由形成所述波導的所述半導體材料制成的層的折射率的實部的平均值。

6.根據權利要求1或2所述的光電探測元件，其中所述衍射光柵包括周期在λ₀/n和λ₀/n₁之間的周期性結構，其中n是由形成所述波導的半導體材料制成的層的折射率的實部的平均值，且n₁是所述輻射的入射介質的折射率的實部。

7.根據權利要求1或2所述的光電探測元件，包括金屬反射層，其設置在所述光學腔的、與支撐所述正面的一側相對的一側。

8.根據權利要求1或2所述的光電探測元件，包括由半導體材料制成的層的堆疊，其形成PN或PIN型異質結，所述堆疊包括由形成所述光學腔的所述半導體材料制成的層。

9.根據權利要求8所述的光電探測元件，其中所述異質結包括多個阻擋層。

10.根據權利要求9所述的光電探測元件，其中所述多個阻擋層中的至少一個阻擋層在其厚度的至少一部分上被結構化，從而形成用于與所述光學腔耦合的衍射光柵。

11.根據權利要求1、2、9、10中的任一項所述的光電探測元件，適于在大氣透明度的紅外光譜帶之一中探測。

12.一種紅外探測器，包括根據前述權利要求中的任一項所述的量子光電探測元件的集合。

13.一種制作根據權利要求1、2、9、10中的任一項所述的量子探測元件的方法，包括：

-在襯底上形成外延結構，所述外延結構包括由半導體材料形成的層的堆疊和由介電材料制成的上層，所述層的堆疊包括由截止波長為λ_c>λ₀的吸收半導體材料制成的至少一層，

-將由所述介電材料制成的上層結構化以形成衍射光柵，

-在所述衍射光柵上沉積金屬反射層，

-去除所述襯底以形成所述探測元件的所述正面。

14.根據權利要求13所述的制作方法，其中所述形成外延結構包括通過有機金屬工序進行的外延。