[发明专利]一种宽光谱量子级联红外探测器

说明书

技术领域

本发明涉及一种红外探测器，具体指一种多量子阱红外探测器和量子级联 探测器。

背景技术

在目前的量子型红外焦平面技术中，光敏元芯片都是由若干光导型的空间 上电学与光学分立的探测器像元组成。相比于碲镉汞探测器，量子阱红外探测 器具有材料生长和工艺成熟、大面积阵列均匀性好、成品率高、成本低的优点， 但量子效率较低，以至于响应率较低，所以对于量子效率与响应率的优化尤为 重要。

量子阱红外探测器的基本原理决定了器件的量子效率正比于吸收系数，为 了提高器件的量子效率，或为了在相似的探测条件下较大地增大响应率，需要 增大量子阱基态上的电子浓度，但电子浓度的增大又直接超线性地增大暗电 流，直接导致器件的探测率下降。很大的暗电流的根本物理起因是激发态的能 量位置处存在很高对光吸收无贡献的电子态密度，若能对这些冗余电子态进行 有效利用，则对于量子阱红外探测器的性能改善具有实用价值。

目前人们提出了一种量子级联探测器结构，基于声子辅助隧穿机制，具有 光伏特性。见参考文献L.Gendronet.al.“Quantumcascadephotodetector”, AppliedPhysicsLettersVol.85,DanielHofstetteret.al.“23GHzoperationofa roomtemperaturephotovoltaicquantumcascadedetectorat5.35μm”,Applied PhysicsLettersVol.89.器件的响应率虽然不及光导型器件优越，但工作温度较 高，微带技术可以结合到量子级联探测器中，使得光响应谱得到展宽，更适用 于宽光谱探测应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种宽光谱量子级联红外探测器的基本机理，利用微 带原理，对经典的量子级联探测器的吸收区进行优化，设计出一种在结构上独 特的量子级联探测器，扩展了光电吸收范围，使其光响应谱得到展宽。

本发明的设计方案如下：

宽光谱量子级联红外探测器包括衬底1、多量子阱2、上电极3、下电极4。

所述的红外探测器的结构为GaAs或InP衬底1上采用分子束外延或金属 有机气相沉积薄膜生长技术依次生长下电极层、交替的势垒层和量子阱层、上 电极层，形成一个GaAs/AlGaAs或InGaAs/InAlAs多量子阱2；再在上电极层 上制备上电极3，下电极层上制备下电极4；

所述的多量子阱2结构为：

C₁L₁(AL₂)ⁿC₂，

C₁为下电极层，与量子阱层采用相同材料，Si掺杂，浓度为10¹⁸/cm³，厚 度为0.5μm到1μm；C₂为上电极层，与量子阱层采用相同材料，Si掺杂，浓 度为10¹⁸/cm³，厚度为0.1μm到0.3μm；L₁为宽势垒层，厚度为40到60nm； L₂为二个单一周期之间的势垒隔离层，厚度为2到3nm；

A为单一周期，即为多量子阱耦合结构的基本探测单元，其构成结构为：

QW₁L₁’QW₂L₂’QW₃L_3’QW₄L₄’QW₅L₅’QW₆L₆’QW₇L₇’QW₈