[實用新型]基于共振遂穿效應的GaAs基雙色量子阱紅外探測器

有效

• 申請號: 201820908870.2
• 申請日: 2018-06-12
• 公開（公告）號: CN208225887U
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 李寧;鄭元遼;陳平平;李志鋒;楊賀鳴;周玉偉;唐舟;陳效雙;陸衛
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/109;H01L31/18
• 代理公司: 上海滬慧律師事務所 31311
• 代理人: 郭英

本專利公開了一種基于共振遂穿效應的GaAs基雙色量子阱紅外探測器，該探測器是由分子束外延手段在GaAs襯底上依次生長下電極層、有源區層以及上電極層制備。有源區層為一個共振遂穿二極管結構夾在兩個不同的量子阱中間。當探測器加上特定正或負偏壓時，由不同阱寬量子阱響應產生的兩個波段光電流將選擇性通過共振遂穿二極管形成響應回路。相比目前傳統的雙色量子阱探測器，本專利可通過調節所加偏壓方向和大小實現雙色探測，并且能提高器件工作溫度。此外，本專利的器件制備工藝更為簡化，對促進雙色紅外量子阱探測器的發展有著重大意義。

技術領域

本專利涉及GaAs基量子阱紅外探測器，具體涉及一種基于共振遂穿效應的GaAs基雙色量子阱紅外探測器。

背景技術

量子阱紅外探測器是紅外焦平面熱成像系統的重要組成部分，尤其GaAs基量子阱紅外探測器因其材料生長和工藝制備成熟，易于大面陣集成且均勻性和穩定性好，成為近年來紅外探測器領域的研究熱點。然而隨著半導體技術的不斷發展，單色紅外探測器已滿足不了更高集成度與更多功能的需求，因此雙波段甚至多波段窗口的探測器發展應運而生。相比于單波段熱成像系統而言，基于雙色量子阱探測器的熱成像系統可探測更多的目標信息，具有更高的探測率與更低的誤警率。

量子阱紅外探測器的響應波長設計可通過量子裁剪改變材料的勢壘高度與量子阱寬度實現，利用子帶間躍遷實現光子與電子的相互轉化。利用量子阱紅外探測器的波長可控性，雙色量子紅外探測器的實現可通過在同一個探測器中設計兩種不同的量子阱結構分別實現對兩種不同波段的光進行探測。目前廣泛應用的GaAs基雙色量子阱紅外探測器主要采用MBE手段在GaAs襯底材料上依次生長三個電極層用于分別加偏壓控制兩個波段的探測。見參考文獻Costard,Eric,et al.Two color QWIP and extended wavebands.Infrared Technology and Applications XXXIII.Vol.6542.International Societyfor Optics and Photonics,2007.該雙色量子阱探測器制備工藝相比于傳統單色量子阱探測器的材料生長難度更大，器件制備工藝更為復雜，需經過多次腐蝕引出三個電極形成三端器件，并且與標準焦平面制備工藝并不兼容，因此基于該雙色量子阱探測器制備的紅外焦平面讀出電路更為復雜。而本專利所設計的基于共振遂穿效應的GaAs基雙色量子阱探測器材料結構簡單，與傳統單色量子阱紅外探測器相似，為兩端器件，只需在上下電極層加上不同偏置電壓使得共振遂穿結構導通便可實現雙波段的探測。因此，在器件制備工藝上也與常規單色量子阱無異，并且能夠實現與焦平面工藝相兼容。本專利在結構與工藝上的簡化具有更為廣泛的應用，對促進雙色紅外量子阱探測器的發展有著重大意義。

發明內容

本專利的目的是提供一種GaAs基雙色量子阱紅外探測器，可以簡化材料結構與器件制備工藝。

本專利的設計方案如下：

一種基于共振遂穿效應的GaAs基雙色量子阱紅外探測器，它的基本單元包括襯底1，下電極2，第一量子阱區3，共振遂穿區4，第二量子阱區5，上電極6，金屬電極7，其特征在于：

所述的一種基于共振遂穿效應的GaAs基雙色量子阱紅外探測器結構為：在襯底(1)上生長下電極層(2)，接著生長第一量子阱區(3)，在第一量子阱區(3)上繼續生長共振遂穿區(4)，再生長第二量子阱區(5)，最后生長上電極層(6)，金屬電極(7)分別在下電極層(2)和上電極層(6)上；其中第一量子阱區3與第二量子阱區5分別代表量子阱探測器探測的兩個波段有源區；

所述的襯底1為GaAs襯底；

所述的上下電極層2、6為Si重摻雜的GaAs，摻雜濃度為1×10¹⁷-1×10¹⁸cm^-3；

所述的金屬電極7材料為復合金屬，靠近電極層一側的為AuGe，再依次為Ni和Au材料；