[发明专利]一种导模共振集成增强量子阱红外探测器及设计方法

摘要

本发明公开了一种导模共振集成增强量子阱红外探测器及设计方法。器件结构自下而上依次为衬底、中间介质层、下电极、量子阱、上电极、光栅层。该方法是通过理论计算发现使用全介质超材料结构可使入射光很好的耦合到结构中，并且利用低折射率的衬底，使得入射的光在量子阱层形成波导模式，进而提高了量子阱的吸收。由于使用全介质结构，避免了传统利用等离激元原理金属的吸收，使得量子阱的吸收达到95％以上，进而为增强量子阱红外探测器的光响应提供了依据。本发明对于改善器件性能和优化设计器件都有着十分重要的意义。

主权项

一种导模共振集成增强量子阱红外探测器，包括衬底(1)、下电极(2)、量子阱层(3)、上电极(4)和光栅层(5)，其特征在于：所述探测器结构自下而上依次为：衬底(1)、中间介质层(2)、下电极(3)、量子阱层(4)、上电极(5)和光栅层(6)，其中：所述衬底(1)为石英衬底，介电常数为2.1，厚度为0.3‑0.5毫米；所述中间介质层(2)的材料为对红外光无吸收的氟化钙，介电常数为2.05，厚度为2‑3微米；所述下电极(3)是n型砷化镓电极，厚度为665‑1000纳米，掺杂浓度为2╳1018cm‑3；所述量子阱层(4)为20层的砷化镓和铝镓砷的复合结构，每层复合结构中，砷化镓的厚度是4.5‑5纳米，铝镓砷的厚度是45‑50纳米，掺杂浓度均为2╳1018cm‑3；所述上电极(5)是n型砷化镓电极，厚度为500‑800纳米，掺杂浓度为2╳1018cm‑3；所述光栅层(5)的材料是砷化镓，周期为5.6‑7.3微米，线宽为3.8‑4.2微米，厚度为1.8‑2.4微米，折射率为3.1。