[發明專利]一種亞單層量子點級聯光電探測器

在審

• 申請號: 201810358720.3
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108493275A
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發明（設計）人: 巫江;杜文;余鵬;王志明
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/102
• 代理公司: 成都市集智匯華知識產權代理事務所(普通合伙) 51237
• 代理人: 李華;溫黎娟

本發明公開一種亞單層量子點級聯光電探測器，其特征在于，包括襯底層，在襯底層的上表面由下至上依次外延生長出下接觸層、活性區域層和上接觸層，所述的活性區域層為周期性層狀結構，每個周期內包括由下至上設置的量子阱級聯傳輸區和亞單層量子點堆積層。本發明所述的亞單層量子點級聯光電探測器可以獲得質量更高、更可控的量子點，提高量子效率、降低暗電流，從而有效的提高光電探測器的探測能力和響應率。

技術領域

本發明涉及光電探測器技術領域，尤其涉及一種亞單層量子點級聯光電探測器。

背景技術

中紅外和遠紅外光探測的研究，在遠距離傳感、熱成像、夜視和空間定位等領域具有重要的應用。隨著半導體超晶格與量子阱研究的不斷深入，量子阱紅外探測獲得了迅速發展。然而，由于選擇躍遷定則的限制，使其不能直接探測垂直入射光，而且在紅外區只有較窄的光譜響應。近年，隨著半導體量子點物理研究的日漸深入和自組織生長技術的不斷進步，一種以量子點作為有源區的新型紅外光探測器，正在受到越來越多研究者的廣泛關注。雖然量子點紅外探測器在結構形式和工作原理上與量子阱紅外探測器相類似，但它卻有著后者所不可比擬的許多優點，例如對垂直入射光敏感、可以達到更寬的光譜響應、具有較長的電子激發壽命、更低的暗電流、更高的光電導增益和更高的光探測率等。

現在有一種基于GaAs的量子點級聯光電探測器，它的光學響應波段在5到6μm之間，還有一種在InP襯底上的量子點級聯光電探測器，它們都可對正常入射光產生響應，在這兩種探測器中，量子點通過Stranski-Krastanov(SK)外延生長形成，但是基于這種模式生長的量子點結構存在有量子點尺寸不均勻，精確的能級調控存在困難，另外存在量子點密度低和載流子束縛能力低的問題，限制了光電探測器的探測能力。

發明內容

本發明所要解決的技術問題和提出的技術任務是對現有技術進行改進，提供一種亞單層量子點級聯光電探測器，解決目前技術中量子點級聯光電探測器的量子點尺寸不均勻，量子點密度低和載流子束縛能力低導致光電探測器的量子效率低、暗電流較大的問題。

為解決以上技術問題，本發明的技術方案是：

一種亞單層量子點級聯光電探測器，其特征在于，包括襯底層，在襯底層的上表面由下至上依次外延生長出下接觸層、活性區域層和上接觸層，所述的活性區域層為周期性層狀結構，每個周期內包括由下至上設置的量子阱級聯傳輸區和亞單層量子點堆積層。本發明所述的亞單層量子點級聯光電探測器的活性區域層構成量子級聯結構，設為周期性的亞單層沉積是用于制備高密度的亞單層量子點以提高光吸收，基于量子阱結構的量子級聯光電探測器可以在沒有外部偏置電壓條件下工作，可以應用在包括短紅外波段、中紅外波段和長紅外波段的范圍，量子點對載流子的捕獲時間較長，基于量子點的探測器具有可以對載流子產生三維約束的優點，這個優點將導致探測器具有更低的暗電流、更長的受激態壽命以及對垂直入射光更好的敏感性。將量子點結構與量子阱量子級聯結構結合起來的光電探測器，可以實現對垂直入射光的響應，而亞單層量子點因為其自組裝技術，擁有很高的點密度，并且不存在濕潤層，因而利用設計和控制電子能級應用于量子級聯光電探測器，同時提高量子點結構的質量，從而提高光電探測器的探測能力。

進一步的，所述的量子阱級聯傳輸區包括若干層量子阱層。

進一步的，所述的量子阱層之間躍遷的能量差為縱光學模聲子的能量，使得若干層量子阱之間可以形成縱光學模聲子的能量階梯，以便于有效地提取出激子。

進一步的，所述的量子阱層采用的材料為Ⅲ_xⅢ₁-xAs，Ⅲ為三族元素中的Al、Ga、In，0≤x≤1。

進一步的，所述的亞單層量子點堆積層包括采用GaAs材料制成的基層和采用InAs材料生長在基層上的亞單層量子點，亞單層量子點堆積層用于進行紅外吸收。