[发明专利]一种基于中间能带的InSb量子点多色红外探测器

说明书

技术领域

本发明涉及多色红外探测器芯片结构，尤其涉及一种基于中间能带的InSb（锑化铟）量子点多色红外探测器。

背景技术

多色红外探测能力是目前第三代红外焦平面阵列的重要特征之一。目前有能力实现多色红外探测的技术手段包括碲镉汞红外探测器、量子阱红外探测器和超晶格红外探测器等。由于碲镉汞红外探测器的高成本和低均匀性问题、量子阱红外探测器的低量子效率问题以及超晶格红外探测器的高暗电流和不成熟的器件加工工艺等问题，使得目前大规模多色红外焦平面阵列的制备仍为产业界面临的难题。

利用量子阱等低维半导体材料的子能级之间的跃迁实现红外探测，主要原因在于自然界中的窄禁带半导体材料数量很少。对于III/V族化合物半导体而言，只有InSb材料可在3～5微米波段处实现红外响应，而在8～12微米波段尚无合适的材料。因此人们考虑利用量子点、量子阱和超晶格等材料实现长波红外的响应。量子点红外探测器近年来在国内外被深入地研究，尽管其具有正入射响应、暗电流较低和可利用成熟的III/V族化合物半导体加工工艺等优点，但由于其利用低维半导体材料中的子带间跃迁实现红外光子的光电转化，其吸收系数低于碲镉汞和超晶格红外探测器，导致该类探测器的量子效率明显偏低。因此，高性能的多色红外探测器用材料目前仍是国内外研究的热点。

发明内容

本发明针对现有技术的红外探测器的效率较低的问题，提出一种基于中间能带的InSb量子点多色红外探测器，以实现具有高性能的多色红外探测能力。

为了解决上述问题，本发明提供一种基于中间能带的InSb量子点多色红外探测器，所述红外探测器由下到上依次包括：锑化镓（GaSb）或砷化铟(InAs)材料的衬底、InAs材料的底接触层、量子点层和InAs材料的顶接触层，其中，所述量子点层包括一层或多层的锑化铟（InSb）量子点层以及相应的InAs间隔层，每层InSb量子点层的上下均设置有InAs间隔层；所述InSb量子点层为不掺杂或P型掺杂。

优选地，上述红外探测器还具有以下特点：

所述量子点层包含1～100层InSb量子点层。

优选地，上述红外探测器还具有以下特点：

InSb量子点层的量子点密度范围为1×10¹⁰cm^-2～5×10¹²cm^-2，每层的厚度为1.7～2.7单原子层。

优选地，上述红外探测器还具有以下特点：

当所述InSb量子点层为P型掺杂时，掺杂浓度为1×10¹¹cm^-2～8×10¹³cm^-2。

优选地，上述红外探测器还具有以下特点：

所述InAs间隔层为不掺杂的InAs材料，厚度为10～300nm。

优选地，上述红外探测器还具有以下特点：

所述顶接触层为N型，底接触层为P型；或者，所述顶接触层为P型，底接触层为N型。

优选地，上述红外探测器还具有以下特点：

所述红外探测器还包括上电极和下电极，所述上电极位于所述顶接触层之上；所述下电极位于底接触层的台面上。

优选地，上述红外探测器还具有以下特点：

对于所述InSb量子点层为不掺杂的红外探测器，利用InSb量子点的价带向InAs间隔层的导带间的间接跃迁实现3~5μm的中波红外探测，利用InAs间隔层实现1~3μm的短波红外探测。

优选地，上述红外探测器还具有以下特点：

对于所述InSb量子点层为P型掺杂的红外探测器，通过向InSb量子点中进行P型掺杂形成中间能带，利用InAs间隔层中价带与量子点中间能带之间的光跃迁实现基于带间跃迁的长波红外探测，同时InAs间隔层亦能够完成在短波红外波段上的光响应。

优选地，上述红外探测器还具有以下特点：

在短波、中波和长波红外波段范围内的光电响应完全通过半导体材料价带、导带、量子点形成的中间带之间的跃迁完成，没有量子化的子能级参与其中。

本发明的多色红外探测器的中波和长波红外响应均通过半导体材料的带间跃迁完成，可实现高量子效率的长波红外探测。根据InSb量子点的掺杂与否以及间隔层材料的选择，该多色红外探测器可实现基于半导体带间跃迁的中波/短波、长波/短波乃至长波/中波/短波的多色红外探测。

附图说明