[发明专利]基于Ⅱ型能带匹配的共振隧穿二极管近红外探测器

说明书

技术领域

本发明涉及近红外探测器，特别是指一种基于II型能带匹配的共振隧穿二极管近红外探测器。

背景技术

共振隧穿二极管具有高频率、低电压、负阻、用少量器件完成多种功能等优点，是当今最为成熟的纳电子器件之一。共振隧穿二极管作为第一个集中研究的纳电子器件，与其他纳电子器件相比，其发展更早、更快、更成熟，更具有应用前景，是唯一能用常规集成电路技术进行设计和制造的器件，现在主要用于探测器、振荡器、存储器和光电开关等中，是量子耦合器件及其电路发展的一个重要标志。

在微电子时代，低价格、高速度、高密度和高可靠性一直是人们所追求的方向，这也是电子器件发展的基础与核心。随着电子器件的不断发展，提出了“更小，更快，更冷”的要求。但根据Moore定律，微电子器件在经过不断发展后，随着其尺寸的不断减小，最终会达到一个极限，届时将不得不放下先前迅猛发展的的势头，甚至会停顿下来。而这时，纳电子器件必将会取代微电子器件，标志着纳电子器件时代的到来。而共振隧穿二极管作为纳电子器件中的佼佼者，将会得到更多的关注与发展。

共振隧穿二极管近红外探测器主要通过光生载流子(空穴)堆积在势垒旁来改变双势垒单势阱的电势来影响电子隧穿势垒，从而获得更高的光电流。这在共振隧穿二极管电压电流曲线上主要表现为光致电流偏移(左偏)暗电流。如果能够实现将光生空穴最大化地堆积在双势垒单势阱旁(或内)，那么就能很好地改变其电势，从而实现更高灵敏度的探测。传统的共振隧穿二极管所采用的材料的能带匹配主要是I型能带匹配，主要是通过将光生空穴堆积在势垒以及集电极中间，来实现隧穿电流的增加。现如今共振隧穿二极管探测器想要实现高灵敏度的光电探测主要的方法是在势垒旁或势垒内生长量子点，通过量子点捕获载流子(空穴)来改变双势垒单势阱的电势，从而提高光电探测的灵敏度。但是在势垒旁或者势垒内生长量子点将会提高外延生长的难度，使得重复性难以得到保证。在势垒旁或者势垒内生长量子点，由于其所生长的量子点在形貌、尺寸等方面无法保证均匀，使得共振隧穿二极管性能稳定性无法保证。其次在外延层上生长量子点，由于晶格失配，可能将造成量子点后续外延层界面粗糙，这将会恶化共振隧穿二极管光电性能。最后，由于量子点对光生载流子的捕获，在量子点释放这些载流子时，将会产生很严重的后脉冲，使得探测噪声加大，给探测带来了难度。

上述所提到的通过在I型能带匹配的双势垒单势阱旁(或内)生长量子点是提高共振隧穿二极管探测器灵敏度的主要方法之一，但由于其本身所存在的种种不足在短时间内也无法完美解决，这也制约了高灵敏度共振隧穿探测器的发展。如何改变空穴的堆积来影响电子隧穿这是共振隧穿二极管光电探测的重点也是难点，也是人们研究所聚焦的一个地方。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种基于II型能带匹配的共振隧穿二极管近红外探测器，该探测器核心为基于II型能带匹配的双势垒单势阱结构的共振隧穿二极管。通过该结构，能够更好地堆积光生空穴以及通过光生空穴来影响双势垒单势阱的电势，从而提高光生电流，提高探测器的响应度和灵敏度。

本发明提供一种基于II型能带匹配的共振隧穿二极管近红外探测器，包括：

一衬底；

一发射极接触层，其制作在衬底上；

一发射区，其制作在发射极接触层上，发射极接触层另一侧形成一台面；

一隔离层，其制作在发射极上；

一双势垒结构，其制作在隔离层上；

一吸收层，其制作在双势垒层结构上；

一集电区，其制作在吸收层上；

一上电极，其制作在集电区上；

一下电极，其制作在发射极接触层另一侧的台面上。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

(1)通过将I型能带匹配的双势垒单势阱结构变更为II型能带匹配的双势垒结构，能够提高堆积的空穴对双势垒结构电势的影响；

(2)通过外延生长一层较厚的吸收层提高了探测器的响应度；

(3)探测器能够在室温下有很高的响应度和灵敏度；

(4)共振隧穿二极管外延层无需生长量子点等外延结构，结构简单，异质界面平整，在工艺的重复性、可靠性以及探测性能上都有良好的保障；

(5)本发明的主体结构为共振隧穿二极管，这是电路中的一种常用元件，因此本发明便于与其它光电子器件集成。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中：