一种雪崩放大长波量子阱红外探测器

摘要

本发明公开了一种雪崩放大长波量子阱红外探测器，包括InP衬底(1)及通过分子束外延或金属有机化学气相沉积依次生长于InP衬底(1)上的下电极(2)、多个周期的多量子阱层(3)、上电极(4)，所述多个周期的多量子阱层(3)中InP作为势垒层，InxGa1-xAsyP1-y作为量子阱层，当器件工作时，在InxGa1-xAsyP1-y量子阱层可以产生雪崩放大。本发明增强探测器的量子效率，提高器件的响应率，实现对长波红外光的探测。

权利要求

1.一种雪崩放大长波量子阱红外探测器，包括InP衬底(1)及通过分子束外延或金属有机化学气相沉积依次生长于InP衬底(1)上的下电极(2)、多个周期的多量子阱层(3)、上电极(4)，其特征在于：所述多个周期的多量子阱层(3)中InP作为势垒层，InxGa1-xAsyP1-y作为量子阱层；InxGa1-xAsyP1-y量子阱中x＝0.69～0.71，y＝0.61～0.63。

2.根据权利要求1所述的雪崩放大长波量子阱红外探测器，其特征在于：InP势垒层的厚度为35～40nm，InxGa1-xAsyP1-y量子阱的厚度为8～9nm。

3.根据权利要求2所述的雪崩放大长波量子阱红外探测器，其特征在于：每个

17 -3

InxGa1-xAsyP1-y量子阱层的n型掺杂浓度为3～6×10 cm 。

4.根据权利要求1至3任一项所述的雪崩放大长波量子阱红外探测器，其特征在于：上、下电极(4、2)均为n型掺杂的InzGa1-zAs，InzGa1-zAs中，z＝0.52～0.54。

5.根据权利要求4所述的雪崩放大长波量子阱红外探测器，其特征在于：上述

18 -3

InzGa1-zAs的n型掺杂浓度范围在1～5×10 cm 。

6.根据权利要求1所述的雪崩放大长波量子阱红外探测器，其特征在于：所述多量子阱层(3)的周期为30个。

说明书

一种雪崩放大长波量子阱红外探测器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种红外探测器，尤其涉及一种雪崩放大长波量子阱红外探测器。

背景技术

[0002] 在最近的红外探测技术发展中，由于III-V族化合物半导体量子阱红外探测器技术具有很多优点，故关于该技术的研究和开发十分活跃。III-V族化合物半导体量子阱红外探测器材料均匀性好，器件工艺成熟，抗辐照，易于制成焦平面阵列成像探测器。常规的III-V族化合物半导体量子阱红外探测器由于量子效率较低，所以产生的光电流较小，在应用上受到了很大的限制。例如对于GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器，其量子效率一般不超过30％。

发明内容

[0003] 针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种雪崩放大长波量子阱红外探测器，其利用阱内雪崩放大效应增强探测器的量子效率，提高器件的响应率，实现对长波红外光的探测。

[0004] 为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种雪崩放大长波量子阱红外探测器，包括InP衬底及通过分子束外延或金属有机化学气相沉积依次生长于InP衬底上的下电极、多个周期的多量子阱层、上电极，所述多个周期的多量子阱层中InP作为势垒层，InxGa1-xAsyP1-y作为量子阱层。

[0005] InxGa1-xAsyP1-y量子阱中x＝0.69～0.71，y＝0.61～0.63。

[0006] InP势垒层的厚度为35～40nm，InxGa1-xAsyP1-y量子阱的厚度为8～9nm。

[0007] 每个量子阱的n型掺杂浓度为3～6×1017cm-3。

[0008] 上、下电极均为n型掺杂的InxGa1-xAs。

[0009] 上述InxGa1-xAs中，x＝0.52～0.54。

[0010] 上述InxGa1-xAs的n型掺杂浓度范围在1～5×1018cm-3。

[0011] 所述多量子阱层的周期为30个。

[0012] 当上述器件工作时，在InxGa1-xAsyP1-y量子阱层可以产生雪崩放大。

[0013] 本发明与现有技术相比具有如下优点和有益效果：

[0014] 1.与常规的量子阱红外探测器相比，本发明的InxGa1-xAsyP1-y/InP长波量子阱红外探测器由于利用了阱内雪崩放大效应，其量子效率显著提高，可以达到100％以上，从而大大提高器件的响应率。

[0015] 2.本发明中使用了窄禁带的上、下电极层，可以使器件的暗电流显著降低。

[0016] 3.综合上述两方面的因素，使得本发明的InxGa1-xAsyP1-y/InP长波量子阱红外探测器的器件性能十分优良。

附图说明

[0017] 图1为本发明的雪崩放大长波量子阱红外探测器的结构示意图；

[0018] 图2为本发明中阱内雪崩放大效应的示意图；

[0019] 图3为本发明的长波量子阱红外探测器器件响应率曲线图。

具体实施方式

[0020] 以下结合附图对本发明进行详细的描述。

[0021] 如图1所示，本发明公开了一种雪崩放大长波量子阱红外探测器，包括InP衬底1及通过分子束外延或金属有机化学气相沉积依次生长于InP衬底1上的下电极2、多个周期的多量子阱层3、上电极4，所述多个周期的多量子阱层3中每个周期中InP作为势垒层，InxGa1-xAsyP1-y作为量子阱层。其利用阱内雪崩放大效应增强探测器的量子效率，提高器件的响应率，实现对波长为8～12μm红外光的探测。

[0022] InxGa1-xAsyP1-y量子阱中x＝0.69～0.71，y＝0.61～0.63。InP势垒层的厚度为35～40nm，InxGa1-xAsyP1-y量子阱的厚度为8～9nm。每个量子阱的n型掺杂浓度为3～17 -3
6×10 cm 。

[0023] 上、下电极4、2均为n型掺杂的InxGa1-xAs。上述InxGa1-xAs中，x＝0.52～0.54。18 -3
上述InxGa1-xAs的n型掺杂浓度范围在1～5×10 cm 。

[0024] 本发明中量子阱红外探测器的工作原理是：量子阱中的电子在吸收红外光激发到阱外后，当其被输运到下一个阱时，电场的加速使其可以获得足够的能量来激发下一个阱中的一个电子跃迁到阱外，这样就产生了阱内雪崩放大效应。通过该效应，可以大大提高探测器的量子效率，从而提高了器件的响应率。另外，对于所选用的InxGa1-xAs上、下电极，由于其导带底低于多量子阱层中InP势垒层，故可以减少器件的暗电流。

[0025] 下面以峰值探测波长为10.5μm附件的长波量子阱红外探测器为例，结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

[0026] 本发明的器件结构包括(见图1)：在InP衬底层1上通过分子束外延或金属有机化学气相沉积依次生长：n型掺杂的InxGa1-xAs下电极2；30个周期的多量子阱层3；n型掺杂的InxGa1-xAs上电极4；所说的In0.53Ga0.47As上、下电极层的n型掺杂18 -3
浓度为1.0×10 cm ；所说的30个周期的多量子阱层3，InP势垒层的厚度为37nm，
17 -3
In0.70Ga0.30As0.62P0.38量子阱层的厚度为8nm，量子阱的n型掺杂浓度为5×10 cm 。

[0027] 根据上述实施例，严格的理论计算表明，多量子阱结构中的能级结构如图2所示。量子阱A中激发出的电子在输运到量子阱B时，其可以通过雪崩放大效应来激发量子阱B中的另外一个电子跃迁出量子阱。同时，对器件结构的理论分析表明，在量子阱结构的势垒层中没有存在雪崩放大效应。当器件在3.0伏偏压下，器件响应率曲线结果表明，见图3，在多量子阱结构的阱内产生了雪崩放大效应，从而使得器件的量子效率大于100％。

[0028] 器件具体应用中首先将器件工作温度降低到40K，调节偏压为3.0V。具体测量结果表明，相比于常规的量子阱红外探测器，本发明的雪崩放大长波量子阱红外探测器的响应率得到了显著提高。