[发明专利]一种多频段探测的量子阱探测器及其制造方法

说明书

本发明公开了一种多频段探测的量子阱探测器及其制造方法，所述探测器包括衬底、反射层、反射腔室、固体填充层、谐振腔、N个量子阱单元以及位于每个量子阱单元上的上电极和下电极，所述固体填充层沉积在衬底上方，所述N个量子阱单元位于所述固体填充层之上，所述量子阱单元包括能障层和能阱层，且至少有两个量子阱单元中的能阱层不同，所述反射层和对应的量子阱单元之间的固体填充层为该量子阱单元对应的谐振腔，且所述谐振腔的高度为入射到其正上方的量子阱单元中的入射光波长的1/4。本发明提供的一种多频段探测的量子阱探测器，可以同时实现多频段红外光的探测，也可以提高入射光吸收率。

技术领域

本发明涉及量子阱探测器领域，具体涉及一种多频段探测的量子阱探测器及其制造方法。

背景技术

传统带间光吸收指电子吸收光子后，从价带跃迁到导带，从而产生一个光生电子空穴对，这些光生载流子在外加偏压的作用下，被收集形成光电流，这是传统基于带间吸收半导体光电探测器的基本原理。这种吸收要求光子的能量大于材料的禁带宽度，而对于红外光来讲，红外光波长长，相对应的能量小，需要材料具有很小的禁带宽度才能发生这种光吸收，因此，在基于传统带间吸收的红外探测器的制作过程中，材料的选择收到很大的限制，一般只能选用HgCdTe材料，但是中Hg-Te键比较脆弱，导致红外探测器的制作不容易。

量子阱红外探测器通过量子阱结构与掺杂的设计，在量子阱内形成特定的子能级，利用量子阱导带(或价带)内子能带间或子能带到扩展态间的电子(或空穴)跃迁。这样在红外光的作用下，可以发生量子阱内子能级之间或者子能级到连续态之间的跃迁，这些受激发的载流子在偏压作用下被收集形成光电流。因此，量子阱红外探测器具有稳定性好、响应速度快、抗辐射和易制作大面积焦平面阵列等优点。

传统的量子阱红外探测器中量子阱单元直接生长在衬底上，当入射光入射到量子阱单元后，一部分入射光被吸收，经过量子阱吸收之后剩余的入射光在量子阱单元的最下层和衬底交接的地方会发生透射和反射，其中，反射光被反射回量子阱单元中进行再次吸收，而透射光从量子阱单元进入衬底中被消耗掉。因为透射光在传统的量子阱探测器中占据了一定的比例，所以导致传统的量子阱红外探测器吸收效率低下。同时，传统的量子阱探测器因为量子阱单元结构固定，只能针对固定波长的红外光进行探测，在应用过程中具有很大的限制性，不能一次实现多频段的探测。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多频段探测的量子阱探测器及其制造方法，该多频段探测器中N个量子阱单元中对应的能带结构不完全相同，可以同时实现多频段红外光的探测；在量子阱单元的下方设置高度为入射光波长1/4的谐振腔和反射层，使得入射到量子阱单元中的入射光不会透出量子阱单元，大大提高了光吸收率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术手段：一种多频段探测的量子阱探测器，其中，包括衬底、反射层、反射腔室、固体填充层、谐振腔、N个量子阱单元以及位于每个量子阱单元上的上电极和下电极，所述固体填充层沉积在衬底上方，所述N个量子阱单元位于所述固体填充层之上，且每个量子阱单元的最上层连接上电极，最下层连接下电极，所述量子阱单元包括能障层和能阱层，且至少有两个量子阱单元中的能阱层不同，所述衬底中含有N个贯穿衬底上下的反射腔室，分别位于N个量子阱单元的正下方，所述反应腔室中沉积反射层，所述反射层和对应的量子阱单元之间的固体填充层为该量子阱单元对应的谐振腔，且所述谐振腔的高度为入射到其正上方的量子阱单元中的入射光波长的1/4，N为大于等于2的整数。

进一步地，所述量子阱单元中能障层和能阱层交替形成多个量子阱。

进一步地，所述N个量子阱单元中能障层为GaAs，能阱层为Al_xGa_1-xAs，其中，Al_xGa_1-xAs的厚度小于GaAs的厚度，所述量子阱单元的最上层和最下层均为GaAs。