[發(fā)明專利]紅外探測器的量子點(diǎn)有源區(qū)結(jié)構(gòu)、其制作方法及紅外探測器

有效

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• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108198895B
• 公開（公告）日: 2020-03-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉紅梅;孟田華;田翠鋒;楊春花;仝慶華;康永強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 山西大同大學(xué)
• 主分類號: H01L31/109
• 分類號: H01L31/109;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 太原九得專利代理事務(wù)所(普通合伙) 14117
• 代理人: 高璇

本發(fā)明提供的一種紅外探測器的量子點(diǎn)有源區(qū)結(jié)構(gòu)、其制作方法及紅外探測器，包括：襯底，所述襯底上具有緩沖層，所述緩沖層上具有第一間隔層，所述第一間隔層上具有一個或多個層疊設(shè)置在一起的量子點(diǎn)復(fù)合層，所述量子點(diǎn)復(fù)合層包括下方的量子點(diǎn)層和上方的第二間隔層，位于最上方的第二間隔層上具有金屬層，所述金屬層上具有陣列式通孔，所述襯底的背面為光線的入射面；本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和制造工藝較簡單，且吸收率較高，適用于光電探測器領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光電探測器的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種紅外探測器的量子點(diǎn)有源區(qū)結(jié)構(gòu)、其制作方法及紅外探測器。

背景技術(shù)

隨著紅外探測技術(shù)在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，小規(guī)模半導(dǎo)體紅外光電檢測器件的需求量不斷增加。近年來，用作小規(guī)模光電檢測器的光敏區(qū)域(有源區(qū)域)的量子點(diǎn)材料受到廣泛的關(guān)注。量子點(diǎn)有源區(qū)中的量子點(diǎn)材料由于其量子點(diǎn)納米結(jié)構(gòu)而具有更優(yōu)異的光電特性，例如：量子點(diǎn)材料的量子效率越高，光電檢測器件的吸收率越大。然而，有時候，傳統(tǒng)的量子點(diǎn)有源區(qū)帶來的吸收率也不能滿足紅外光電探測器的應(yīng)用需求。而為了解決這個問題，現(xiàn)有技術(shù)通常采用一些工藝復(fù)雜、成本高昂的手段來提高紅外光電探測器的吸收率，限制了擁有量子點(diǎn)有源區(qū)的紅外探測器的廣泛應(yīng)用和批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，所要解決的技術(shù)問題為：提供一種紅外吸收率較高，且結(jié)構(gòu)和制造工藝較簡單的紅外探測器的量子點(diǎn)有源區(qū)結(jié)構(gòu)、其制作方法及紅外探測器。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：紅外探測器的量子點(diǎn)有源區(qū)結(jié)構(gòu)，包括：襯底，所述襯底上具有緩沖層，所述緩沖層上具有第一間隔層，所述第一間隔層上具有一個或多個層疊設(shè)置在一起的量子點(diǎn)復(fù)合層，所述量子點(diǎn)復(fù)合層包括下方的量子點(diǎn)層和上方的第二間隔層，位于最上方的第二間隔層上具有金屬層，所述金屬層上具有陣列式通孔，所述襯底的背面為光線的入射面。

優(yōu)選地，所述金屬層的制作材料為Au，或?yàn)锳g，或?yàn)锳l，或?yàn)镃u，其厚度為10～40nm。

優(yōu)選地，所述金屬層的制作材料為Au。

優(yōu)選地，所述通孔的孔徑大小為50～65nm。

優(yōu)選地，所述第一間隔層和所述第二間隔層的制作材料均為Al_0.3Ga_0.7As，其厚度均為70～85nm。

優(yōu)選地，所述量子點(diǎn)層的數(shù)量為多個，其制作材料為GaAs，厚度為5～9nm。

優(yōu)選地，所述襯底的制作材料為Si，或?yàn)镚aAs。

相應(yīng)地，本發(fā)明提供的一種紅外探測器的量子點(diǎn)有源區(qū)結(jié)構(gòu)的制作方法，包括：S101、提供襯底，經(jīng)過500～600℃的脫氧處理；S102、在600～700℃下生長緩沖層；S103、在緩沖層上生長第一間隔層；S104、在第一間隔層生長一個或多個層疊設(shè)置在一起的量子點(diǎn)復(fù)合層；其中，生長一個量子點(diǎn)復(fù)合層，具體包括：在第一間隔層/第二間隔層上生長量子點(diǎn)層；在量子點(diǎn)層上生長第二間隔層；S105、在位于最上方的第二間隔層上生長金屬層；S106、在金屬層上形成陣列式通孔。

相應(yīng)地，本發(fā)明提供的一種紅外探測器，所述紅外探測器包含如上所述的量子點(diǎn)有源區(qū)結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：

本發(fā)明在傳統(tǒng)的量子點(diǎn)有源區(qū)中加入了金屬層，并將金屬層設(shè)置成孔狀結(jié)構(gòu)，采用背面入射的方式，當(dāng)紅外光照射入有源區(qū)后，紅外光線先穿過量子點(diǎn)有源區(qū)再進(jìn)入金屬層，而下面的金屬材料和上面的半導(dǎo)體材料構(gòu)成的界面，以及金屬孔和孔內(nèi)空氣之間的界面，可以產(chǎn)生等離子體增強(qiáng)效應(yīng)，使得量子點(diǎn)有源區(qū)中能夠局域更多的入射光波，從而導(dǎo)致量子點(diǎn)有源區(qū)對入射光的吸收率更高，而將上述這種對紅外光具有更高吸收率的量子點(diǎn)有源區(qū)應(yīng)用于紅外探測器中，必將使得紅外探測器具備更好的光電特性，例如：更好的光電流、更大的量子效率等。

附圖說明