[发明专利]一种非对称沟道量子点场效应光子探测器

说明书

技术领域

本发明涉及高灵敏度光探测技术领域，具体是一种非对称沟道量子点场效应光探测器。

背景技术

弱光探测的应用范围十分广泛，如高分辨光谱测量、非破坏性物质分析、大气污染测控、生物化学发光、放射探测、天文观测、光时域反射等领域，这些领域对探测器的灵敏度提出了越来越高的要求，单光子的探测将是最终极的探测目标。

传统的光探测一般采用半导体PIN器件，器件由重掺的P和N做欧姆接触，中间的本征层做吸收区，电子空穴对在耗尽的吸收区产生分离，各自被电场扫出，在PN两极以电流的方式输出信号。PIN器件的特点是一个光子最多产生一个电子，器件的信号电流的大小正比于入射的光功率。器件的优点是暗电流较小，缺点是信号没有增益，探测灵敏度受限。APD器件具有内部的载流子倍增增益，但需要很大的工作电压同时增加了噪声。窄沟道量子点场效应的新型探测器基于载流子对沟道电导的巨大改变，从而获得对微弱信号甚至单光子的探测。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种可以进行弱光探测的器件结构，以解决普通探测器探测灵敏度较低的问题，达到fW光甚至单光子的高灵敏度探测。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提出一种非对称沟道量子点场效应光子探测器。

本发明公开的所述光子探测器基于源漏沟道结构，且源漏沟道为非对称结构，所述源漏沟道的导电率由源漏电压进行自调控，光探测的敏感区域位于源漏沟道的中心。

所述源漏沟道与外部自由空间之间以百纳米刻蚀槽隔离，源漏沟道具有单向电流导通性。

所述光子探测器的外延结构自衬底向上包括二维电子气形成层或二维电子空穴形成层、光吸收层、量子点电荷限制层和表面盖层，所述二维电子气形成层包括异质结和掺杂层。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的非对称纳米沟道量子点场效应高灵敏度光探测的器件结构，通过对导电沟道耗尽状态进行优化控制从而进行更有效弱光探测，同时避免一般量子点场效应探测器沟道上金属栅对入射光信号的吸收和衰减，提高器件的量子效率。

本发明提供的非对称纳米沟道量子点场效应高灵敏度光探测的器件结构，通过量子点完成对光生载流子的限制，提高光生载流子的寿命，从而提高了单个光子产生的光电导增益，提高了光子探测的灵敏度。

本发明提供的非对称纳米沟道量子点场效应高灵敏度光探测的器件结构中采用了量子点完成对光生载流子的限制和光电导增益，其中自组织量子点可以采用局域化束缚能很高的结构，提高载流子在其中的寿命，在高温下完成单电荷的局域化，提供室温下单光子探测的可能方案。

本发明提供的非对称纳米沟道量子点场效应高灵敏度光探测的器件结构是一种易于平面集成的器件结构，有利于器件的二维平面集成，提供高灵敏度成像的方案，在荧光成像、深空探测等领域发挥更大的作用。

附图说明

图1是本发明实施例中非对称沟道量子点场效应光子探测器的器件表面结构图；

图2是本发明实施例中非对称沟道量子点场效应光子探测器的沟道截面图和光探测原理图。

图3是本发明实施例中非对称沟道量子点场效应光子探测器的外延结构图。

图4是本发明实施例中非对称沟道量子点场效应光子探测器的非对称源漏沟道的源漏电流随电压变化的模拟结果图。

具体实施方式

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，对本发明作进一步的详细说明。