微腔耦合的双色量子级联红外探测器及其制备方法

摘要

一种微腔耦合的双色量子级联红外探测器及其制备方法，双色量子级联红外探测器包括：半导体衬底；多个第一微腔凸台，形成于半导体衬底上；多个第二微腔凸台，形成于半导体衬底上；多个第一微腔凸台通过第一连接线连接；多个第二微腔凸台通过第二连接线连接；第一微腔凸台、第二微腔凸台、第一连接线和第二连接线均包括由下至上依次设置的下金属层、下接触层、有源层、上接触层及上金属层；下电极，定义半导体衬底上除第一连接线、第二连接线、多个第一微腔凸台和多个第二微腔凸台以外下金属层区域为下电极；第一上电极，形成于下金属层上，通过第一连接线与第一微腔凸台连接；第二上电极，形成于下金属层上，通过第二连接线与第二微腔凸台连接。

权利要求

1.一种微腔耦合的双色量子级联红外探测器，其特征在于，包括：半导体衬底；

多个第一微腔凸台，形成于所述半导体衬底上；

多个第二微腔凸台，形成于所述半导体衬底上；

其中，所述第一微腔凸台与所述第二微腔凸台用于分别吸收两种不同波长的红外光；

所述第一微腔凸台的横截面的边长与所述第二微腔凸台的横截面的边长不相等；

所述多个第一微腔凸台通过第一连接线连接；

所述多个第二微腔凸台通过第二连接线连接；

所述第一微腔凸台、所述第二微腔凸台分别包括由下至上依次设置的下金属层、下接触层、有源层、上接触层及上金属层；其中，所述有源层包括单周期级联的量子阱层或多周期级联的量子阱层；

所述微腔凸台横截面的边长可以由驻波条件公式S = K•  计算得到，其中所述S表示微腔凸台横截面的边长，λ是探测器吸收的红外波的波长，neff是有源层的有效折射率，K表示正整数；所述第一连接线和所述第二连接线分别包括由下至上依次设置的下金属层及上金属层；

下电极，其中，定义所述半导体衬底上除所述第一连接线、所述第二连接线、所述多个第一微腔凸台和所述多个第二微腔凸台以外的下金属层区域为所述下电极；

第一上电极，形成于所述下电极上，通过所述第一连接线与所述第一微腔凸台连接；

第二上电极，形成于所述下电极上，通过所述第二连接线与所述第二微腔凸台连接；

其中，当所述探测器接收到红外光时，在所述下金属层和所述下接触层之间界面上和在所述上金属层和所述上接触层之间界面上形成等离激元；

所述下金属层的厚度大于第一穿透深度，其中，所述第一穿透深度为所述等离激元在所述下金属层中的穿透深度；

所述上金属层的厚度大于第二穿透深度，其中，所述第二穿透深度为所述等离激元在所述上金属层中的穿透深度。

2.根据权利要求1所述的双色量子级联红外探测器，其特征在于，所述第一微腔凸台的横截面包括正方形、菱形中的任意一种；

所述第二微腔凸台的横截面包括正方形、菱形中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的双色量子级联红外探测器，其特征在于，所述微腔耦合的双色量子级联红外探测器包括多组第一微腔凸台；每组第一微腔凸台包括多个呈链式的第一微腔凸台；

所述微腔耦合的双色量子级联红外探测器包括多组第二微腔凸台；每组第二微腔凸台包括多个呈链式的第二微腔凸台。

4.根据权利要求1所述的双色量子级联红外探测器，其特征在于：所述有源层的厚度小于或等于所述等离激元的衰减距离。

5.根据权利要求1所述的双色量子级联红外探测器，其特征在于，每个所述量子阱层包括：第一跃迁通道，用于使电子从基态跃迁至第一激发态，其中，所述第一激发态与所述基态处于同一量子阱，所述第一激发态与所述基态间有第一能量间隔；

第二跃迁通道，用于使电子从基态跃迁至第二激发态，其中，所述第二激发态处于与所述基态相邻的量子阱，所述第二激发态与所述基态间有第二能量间隔；

其中，所述第二能量间隔小于所述第一能量间隔。

6.根据权利要求5所述的双色量子级联红外探测器，其特征在于，每个所述量子阱层还包括耦合微带和能量台阶，以将跃迁至所述第一激发态和/或所述第二激发态的电子输运至下一周期级联的量子阱层。

7.根据权利要求1所述的双色量子级联红外探测器，其特征在于，所述有源层的材料包括InGaAs/InAlAs或GaAs/AlGaAs；

所述下金属层的材料包括Au、Ag、Al中的一种或多种；

所述上金属层的材料包括Au、Ag、Al中的一种或多种。

8.一种用于制备如权利要求1至7任一项所述的微腔耦合的双色量子级联红外探测器的制备方法，其特征在于，包括：在半绝缘衬底上依次外延初始上接触层、初始有源层及初始下接触层；

在所述初始下接触层形成半绝缘衬底金属层；

在半导体衬底上形成半导体衬底金属层；

将所述半绝缘衬底金属层与所述半导体衬底金属层进行晶向对准；

将经晶向对准的所述半绝缘衬底金属层与所述半导体衬底金属层进行键合，形成下金属层；

去除所述半绝缘衬底，以使所述初始上接触层暴露；

利用电子束曝光工艺在所述初始上接触层上形成图形化的光刻胶，其中，所述初始上接触层的除所述光刻胶外的裸露区域形成器件图形区；

在所述光刻胶和所述器件图形区上外延初始上金属层；

在所述初始上金属层上的正对所述器件图形区的位置上形成掩膜层；

以所述掩膜层为掩膜，依次去除所述初始上金属层、所述初始上接触层、所述初始有源层和所述初始下接触层的除所述掩膜层正对位置以外的区域，直至所述下金属层裸露；

去除所述掩膜层，以形成第一连接线、第二连接线、多个第一微腔凸台和多个第二微腔凸台；

在所述下电极上形成第一上电极和第二上电极，得到所述微腔耦合的双色量子级联红外探测器。

说明书

微腔耦合的双色量子级联红外探测器及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及红外半导体光电器件技术领域，尤其涉及一种微腔耦合的双色量子级联红外探测器及其制备方法。

背景技术

[0002] 红外探测器是红外系统、热成像系统的核心组成部分，在医疗、痕量气体检测、空间遥感等方面具有重要的应用。随着半导体技术的不断发展，单色红外探测器已经不能满足更高集成度与更多功能的需求，因此双波段甚至多波段窗口的探测器发展应运而生。与单色探测器相比，双色和多色探测器对于识别复杂环境下的复杂目标具有明显的优势，具有更高的探测率与更低的误警率，因而是红外探测器发展的趋势之一。

[0003] 目前广泛应用的双色红外探测器主要采用MBE手段，在外延生长期间将不同的吸收层进行竖直叠加，通过施加不同的偏压分别控制两个波段的探测。该双色红外探测器制备工艺相比于传统单色红外探测器的材料生长难度更大，器件制备工艺更为复杂，需经过多次腐蚀引出三个电极形成三端器件，并且与标准焦平面制备工艺并不兼容，因此基于该双色探测器制备的红外焦平面读出电路更为复杂。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种微腔耦合的双色量子级联红外探测器及其制备方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

[0005] 为实现上述目的，本发明的技术方案包括：

[0006] 作为本发明的一个方面，提供一种微腔耦合的双色量子级联红外探测器，包括：

[0007] 半导体衬底；

[0008] 多个第一微腔凸台，形成于所述半导体衬底上；

[0009] 多个第二微腔凸台，形成于所述半导体衬底上；

[0010] 其中，所述第一微腔凸台与所述第二微腔凸台用于分别吸收两种不同波长的红外光；

[0011] 所述多个第一微腔凸台通过第一连接线连接；

[0012] 所述多个第二微腔凸台通过第二连接线连接；

[0013] 所述第一微腔凸台、所述第二微腔凸台分别包括由下至上依次设置的下金属层、下接触层、有源层、上接触层及上金属层；

[0014] 所述第一连接线和所述第二连接线分别包括由下至上依次设置的下金属层及上金属层；

[0015] 下电极，其中，定义所述半导体衬底上除所述第一连接线、所述第二连接线、所述多个第一微腔凸台和所述多个第二微腔凸台以外所述下金属层区域为所述下电极；

[0016] 第一上电极，形成于所述下电极上，通过所述第一连接线与所述第一微腔凸台连接；

[0017] 第二上电极，形成于所述下电极上，通过所述第二连接线与所述第二微腔凸台连接。

[0018] 作为本发明的另一个方面，还提供一种微腔耦合的双色量子级联红外探测器的制备方法，包括：

[0019] 在半绝缘衬底上依次外延初始上接触层、初始有源层及初始下接触层；

[0020] 在所述下接触层形成半绝缘衬底金属层；

[0021] 在半导体衬底上形成半导体衬底金属层；

[0022] 将所述半绝缘衬底金属层与所述半导体衬底金属层进行晶向对准；

[0023] 将经晶向对准的所述半绝缘衬底金属层与所述半导体衬底金属层进行键合，形成下金属层；

[0024] 去除所述半绝缘衬底，以使所述初始上接触层暴露；

[0025] 利用电子束曝光工艺在所述初始上接触层上形成图形化的光刻胶，其中，所述初始上接触层的除所述光刻胶外的裸露区域形成器件图形区；

[0026] 在所述光刻胶和所述器件图形区上外延初始上金属层；

[0027] 在所述初始上金属层上的正对所述器件图形区的位置上形成掩膜层；

[0028] 以所述掩膜层为掩膜，依次去除所述初始上金属层、所述初始上接触层、所述初始有源层和所述初始下接触层上的除所述掩膜层正对位置以外的区域，直至所述下金属层裸露；

[0029] 去除所述掩膜层，以形成第一连接线、第二连接线、多个第一微腔凸台和多个第二微腔凸台；

[0030] 将所述下金属层除所述第一连接线、所述第二连接线、所述多个第一微腔凸台和所述多个第二微腔凸台以外的裸露区域上作为下电极；

[0031] 在所述下电极上形成第一上电极和第二上电极，得到所述微腔耦合的双色量子级联红外探测器。

[0032] 基于上述技术方案，本发明相较于现有技术至少具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：

[0033] 1、由于将用于分别吸收两种不同波长的红外光的第一微腔凸台和第二微腔凸台设置在微腔耦合的双色量子级联红外探测器的同一有源层中，提高了耦合效率；

[0034] 2、由于将微腔凸台设置为由下至上依次包括下金属层、下接触层、有源层、上接触层及上金属层的层状结构，因此克服了量子器件的选择跃迁定则的限制，实现了正入射，进而能够实现与焦平面工艺相兼容的技术效果；

[0035] 3、通过改变呈链式的第一微腔凸台与外接测量电路的连接关系，以及呈链式的第二微腔凸台与外接测量电路的连接关系，既能同时引出两个波段的红外信号，也能分别单独引出其中一个波段的红外信号；

[0036] 4、由于用于吸收红外波的第一微腔凸台和第二微腔凸台同时形成于半导体衬底上，从而相较于现有技术中的双色探测器，简化了制备过程。

附图说明

[0037] 图1为本发明实施例提供的微腔耦合的双色量子级联红外探测器的结构示意图；

[0038] 图2为图1提供的微腔耦合的双色量子级联红外探测器中仅包含第一微腔凸台或第二微腔凸台时的截面图；

[0039] 图3为本发明实施例提供的第一微腔凸台、第二微腔凸台、第一连接线、第二连接线、第一上电极和第二上电极的排列方式示意图；

[0040] 图4为本发明另一实施例提供的第一微腔凸台、第二微腔凸台、第一连接线、第二连接线、第一上电极和第二上电极的排列方式示意图；

[0041] 图5为本发明另一实施例提供的第一微腔凸台、第二微腔凸台、第一连接线、第二连接线、第一上电极和第二上电极的排列方式示意图；

[0042] 图6为本发明实施例提供的有源层的一个周期级联的量子阱层示意图；以及[0043] 图7为本发明实施例提供的用于制备微腔耦合的双色量子级联红外探测器的制备方法流程图。

具体实施方式

[0044] 本发明提供了一种微腔耦合的双色量子级联红外探测器，包括半导体衬底、多个第一微腔凸台、多个第二微腔凸台、下电极、第一上电极和第二上电极。

[0045] 半导体衬底；

[0046] 多个第一微腔凸台，形成于半导体衬底上；

[0047] 多个第二微腔凸台，形成于半导体衬底上；

[0048] 其中，第一微腔凸台与第二微腔凸台用于分别吸收两种不同波长的红外光；

[0049] 多个第一微腔凸台通过第一连接线连接；

[0050] 多个第二微腔凸台通过第二连接线连接；

[0051] 第一微腔凸台、第二微腔凸台分别包括由下至上依次设置的下金属层、下接触层、有源层、上接触层及上金属层；

[0052] 第一连接线和第二连接线分别包括由下至上依次设置的下金属层及上金属层；

[0053] 下电极，其中，定义半导体衬底上除第一连接线、第二连接线、多个第一微腔凸台和多个第二微腔凸台以外下金属层区域为下电极；

[0054] 第一上电极，形成于下电极上，通过第一连接线与第一微腔凸台连接；

[0055] 第二上电极，形成于下电极上，通过第二连接线与第二微腔凸台连接。

[0056] 本发明实施例提供的微腔耦合的双色量子级联红外探测器的红外波的吸收区为平面结构，具体而言，将用于分别吸收两种不同波长的红外光的第一微腔凸台和第二微腔凸台设置在微腔耦合的双色量子级联红外探测器的同一有源层中，从而克服了现有技术中由于红外波吸收区为垂直结构而造成的探测器的耦合效率低的技术问题，实现了提高探测器的耦合效率的效果。

[0057] 下面结合附图对本发明实施例的微腔耦合的双色量子级联红外探测器具体部件和结构做详细的说明。

[0058] 在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

[0059] 图1为本发明实施例提供的微腔耦合的双色量子级联红外探测器的结构示意图。

[0060] 图2为图1提供的微腔耦合的双色量子级联红外探测器仅包含一个微腔凸台时的截面图。

[0061] 参照图1和图2，本发明提供了一种微腔耦合的双色量子级联红外探测器，包括半导体衬底1、多个第一微腔凸台5、多个第二微腔凸台6、下电极2、第一上电极3和第二上电极4。

[0062] 多个第一微腔凸台5，形成于半导体衬底1上。

[0063] 多个第二微腔凸台6，形成于半导体衬底1上。

[0064] 其中，第一微腔凸台5与第二微腔凸台6用于分别吸收两种不同波长的红外光。

[0065] 根据本发明的实施例，由于用于吸收两种不同波长的红外光的第一微腔凸台5与第二微腔凸台6，均形成于同一吸收层中，即第一微腔凸台5与第二微腔凸台6均形成于半导体衬底1上，从而实现了提高探测器的耦合效率的效果。

[0066] 多个第一微腔凸台5通过第一连接线7连接。

[0067] 多个第二微腔凸台6通过第二连接线8连接。

[0068] 根据本发明的实施例，第一连接线7和第二连接线8分别将多个第一微腔凸台5和多个第二微腔凸台6连接，此外，第一连接线7和第二连接线8还起到电导通的作用。

[0069] 第一微腔凸台5、第二微腔凸6台分别包括由下至上依次设置的下金属层、下接触层501、有源层503、上接触层504及上金属层505。

[0070] 第一连接线和第二连接线分别包括由下至上依次设置的下金属层及上金属层505。

[0071] 根据本发明的实施例，由于第一连接线包括由下至上依次设置的下金属层及上金属层505，从而可以对多个第一微腔凸台起到电导通的作用。

[0072] 根据本发明的实施例，由于第二连接线包括由下至上依次设置的下金属层及上金属层505，从而可以对多个第二微腔凸台起到电导通的作用。

[0073] 根据本发明的实施例，第一连接线7和第二连接线8的结构可以均和第一微腔凸台5和第二微腔凸台6相同；第一连接线7和第二连接线8的材料也可以均和第一微腔凸台5和第二微腔凸台6相同。

[0074] 下电极2，其中，定义半导体衬底1上除第一连接线7、第二连接线8、多个第一微腔凸台5和多个第二微腔凸台6以外下金属层区域为下电极。

[0075] 第一上电极3，形成于下电极2上，通过第一连接线7与第一微腔凸台5连接。

[0076] 第二上电极4，形成于下电极2上，通过第二连接线8与第二微腔凸台6连接。

[0077] 根据本发明的实施例，本发明实施例提供的探测器既可以同时吸收两个波段的红外波，也可以仅吸收一个波段的红外波，具体而言，当需要同时吸收两个波段的红外波时，可以将第一上电极3和第二上电极4均通过引线与外接测量电路(图未示)连接；当需要仅吸收一个波段的红外波时，可以仅将第一上电极3或第二上电极4通过引线与外接测量电路连接。

[0078] 根据本发明的实施例，第一微腔凸台5的横截面包括正方形、菱形中的任意一种；第二微腔凸台6的横截面包括正方形、菱形中的任意一种。

[0079] 根据本发明的可选实施例，第一微腔凸台5的横截面可以是正方形。

[0080] 根据本发明的可选实施例，第二微腔凸台5的横截面可以是正方形。

[0081] 根据本发明的实施例，第一微腔凸台5的横截面的边长与第二微腔凸台6的横截面的边长不相等。

[0082] 根据本发明的实施例，微腔凸台横截面的边长可以由驻波条件公式计算得到，其中s表示微腔凸台横截面的变长，λ是探测器吸收的红外波的波长，neff是有源层502的有效折射率，K表示正整数。基于此，当第一微腔凸台5的横截面的边长与第二微腔凸台6的横截面的边长不相等时，探测器可以分别吸收两种不同波长的红外波。

[0083] 根据本发明的实施例，可以通过改变微腔凸台的横截面的边长调节探测器对不同波长的红外波的响应强度之比。

[0084] 根据本发明的实施例，微腔凸台的横截面的边长可以为 的正整数倍。

[0085] 根据本发明的实施例，当微腔凸台的横截面的边长为 的正整数倍时，可以实现增强探测器对红外波的吸收率，提高探测器对红外波的响应强度以及提高探测器对红外波的吸收的容错率的效果。

[0086] 根据本发明的实施例，微腔耦合的双色量子级联红外探测器包括多组第一微腔凸台5；每组第一微腔凸台5包括多个呈链式的第一微腔凸台5；

[0087] 微腔耦合的双色量子级联红外探测器包括多组第二微腔凸台6；每组第二微腔凸台6包括多个呈链式的第二微腔凸台6。

[0088] 本发明实施例不对第一微腔凸台5、第二微腔凸台6、第一连接线7、第二连接线8、第一上电极3和第二上电极4的排列方式做具体限制。

[0089] 根据本发明的实施例，第一上电极3和第二上电极4可以相对设置(如图3和图5所示)，但不限于此，第一上电极3和第二上电极4还可以并列设置(如图4所示)。

[0090] 根据本发明的实施例，当第一上电极3和第二上电极4相对设置时，多条第一连接线7和多条第二连接线8可以如图5所示逐一交错排列，但不限于此，还可以以如图3所示的方式交错排列。

[0091] 根据本发明的实施例，第一上电极3的形状可以包括不规则形状(如图3所示)，但不限于此，第一上电极3的形状还可以包括矩形(如图4和图5所示)、圆形、正方形或菱形。

[0092] 根据本发明的实施例，第二上电极4的形状可以包括椭圆形(如图3所示)，但不限于此，第二上电极4的形状还可以包括矩形(如图4和图5所示)、不规则形状、圆形、正方形或菱形。

[0093] 根据本发明的实施例，本发明实施例不对第一上电极3和第二上电极4的相对大小做具体限制，第一上电极3的面积可以大于第二上电极4的面积(如图3所示)，但不限于此，第一上电极3的面积还可以小于第二上电极4的面积(如图4所示)，第一上电极3的面积还可以和第二上电极4的面积相等(如图5所示)。

[0094] 根据本发明的实施例，本发明实施例不对多个第一微腔凸台5和第一连接线7的连接方式做具体限制。

[0095] 根据本发明的可选实施例，第一连接线7可以垂直于第一微腔凸台5的边缘(如图3所示)，但不限于此，第一连接线7还可以和微腔凸台的边缘成一定角度(如图4、图5所示)。

[0096] 根据本发明的实施例，本发明实施例不对多个第二微腔凸台6和第二连接线8的连接方式做具体限制。

[0097] 根据本发明的可选实施例，第二连接线8可以垂直于第二微腔凸台6的边缘(如图3所示)，但不限于此，第二连接线8还可以和微腔凸台的边缘成一定角度(如图4、图5所示)。

[0098] 根据本发明的实施例，多条第一连接线7可以均为直线(如图3、图4所示)，但不限于此，多条第一连接线7还可以均为曲线(如图5所示)。

[0099] 根据本发明的实施例，第一连接线7连接的多个第一微腔凸台5可以均匀分布在第一连接线7上(如图3、图4所示)，但不限于此，第一连接线7连接的多个第一微腔凸台5还可以非均匀分布分布在第一连接线上7(如图5所示)。

[0100] 根据本发明的实施例，第二连接线连接8的多个第二微腔凸台6可以均匀分布在第二连接线8上(如图3、图4所示)，但不限于此，第二连接线连接8的多个第二微腔凸台6还可以非均匀分布在第二连接线8上(如图5所示)。

[0101] 根据本发明的实施例，当探测器接收到红外光时，在下金属层和下接触层501之间界面上和/或在上金属层504和上接触层503之间界面上形成等离激元；其中，下金属层的厚度大于第一穿透深度，其中，第一穿透深度为等离激元在下金属层中的穿透深度；上金属层504的厚度大于第二穿透深度，其中，第二穿透深度为等离激元在上金属层504中的穿透深度。

[0102] 根据本发明的实施例，由于上金属层504的厚度和下金属层的厚度均大于等离激元的穿透深度，从而可以将红外波的能量局域在微腔凸台内，提高探测器对红外波的吸收效率。

[0103] 图6为本发明实施例提供的有源层的一个周期级联的量子阱层示意图。

[0104] 根据本发明的实施例，如图6所示，有源层包括单周期级联的量子阱层或多周期级联的量子阱层，每个量子阱层包括：

[0105] 第一跃迁通道，用于使电子从基态跃迁至第一激发态，其中，第一激发态与基态处于同一量子阱，第一激发态与基态间有第一能量间隔。

[0106] 根据本发明的实施例，参照图6，量子阱基态可以是电子处于图6中的a状态，第一激发态可以是电子处于图6中的b状态。

[0107] 第二跃迁通道，用于使电子从基态跃迁至第二激发态，其中，第二激发态处于与基态相邻的量子阱，第二激发态与基态间有第二能量间隔。

[0108] 根据本发明的实施例，参照图6，量子阱基态可以是电子处于图6中的a状态，第二激发态可以是电子处于图6中的c状态。

[0109] 根据本发明的实施例，第二能量间隔小于第一能量间隔。

[0110] 根据本发明的实施例，根据公式E＝hv＝hc/λ，其中，E表示能量间隔，h表示普朗克系数，v表示红外光的频率，c表示光速，λ表示红外光的波长；基于此，基态与激发态之间的能量间隔决定了波长的大小，进而决定了探测器的有源层能够吸收的波长的大小。

[0111] 根据本发明的实施例，由于本发明实施例提供的有源层的量子阱中，电子有两条跃迁路径，即电子可以从基态a跃迁至第一激发态b，还可以从基态a跃迁至第二激发态c，并且电子从基态a跃迁至第一激发态b时有第一能量间隔，电子从基态a跃迁至第二激发态c时有第二能量间隔，由于第一能量间隔与第二能量间隔不同，因此本发明实施例提供的探测器的有源层可以吸收两种不同波长的红外波。

[0112] 根据本发明的实施例，由于电子从基态a跃迁至第一激发态b的能量间隔大于电子从基态b跃迁至第二激发态c的能量间隔，因此电子从基态a跃迁至第一激发态b时，有源层能够吸收的红外波的波长长于电子从基态b跃迁至第二激发态c时有源层能够吸收的红外波的波长。

[0113] 根据本发明的实施例，每个量子阱层还包括耦合微带和能量台阶，以将跃迁至第一激发态和/或第二激发态的电子输运至下一周期级联的量子阱层。

[0114] 根据本发明的实施例，参照图6，耦合微带可以为图6中d所示的耦合微带，能量台阶可以为图6中由e、f和g构成的能量台阶。

[0115] 根据本发明的实施例，有源层可以包括单周期级联的量子阱层和/或多周期级联的量子阱层；能量台阶的g状态可以为下一周期的量子阱的基态。

[0116] 根据本发明的实施例，红外光照射到探测器后，位于量子阱基态的电子吸收红外光中的红外波的能量，跃迁到激发态，并沿能量台阶被输运至下一周期，由此，探测器工作时不需要外加偏压。

[0117] 根据本发明的实施例，由于量子材料中的电子由基态跃迁至激发态时需要遵循子带间选择跃迁定则，即只有在垂直于有源层的方向上有电场分量的入射光的红外波才能被有源层吸收，而本发明实施例提供的探测器可以对电场矢量平行于有源层的入射光进行偏振态调制，使其产生垂直于有源层的电场分量，并且垂直于有源层的电场分量可以用于激发有源层的量子阱内的电子发生子带间跃迁，以满足量子阱的红外波吸收条件，由此，本发明实施例提供的探测器克服了量子器件的子带间选择跃迁定则。

[0118] 根据本发明的实施例，有源层502的厚度小于或等于等离激元的衰减距离。

[0119] 根据本发明的实施例，有源层502的材料包括InGaAs/InAlAs或GaAs/AlGaAs。

[0120] 根据本发明的实施例，有源层502的材料包括InGaAs/InAlAs或GaAs/AlGaAs，并且，有源层502的厚度可以大于等离激元在有源层502中的衰减距离，从而可以保证微腔凸台的上金属层504和下金属层的耦合，使红外波的能量局域在微腔凸台内。

[0121] 根据本发明的实施例，上金属层504和下金属层的材料可以包括对红外波具有弱吸收性的金属，从而对红外波具有很大的负折射率。

[0122] 根据本发明的实施例，下金属层的材料包括Au、Ag、Al中的一种或多种。

[0123] 根据本发明的可选实施例，下金属层的材料可以为Au，从而更有利于下金属层的制备。

[0124] 上金属层504的材料包括Au、Ag、Al中的一种或多种。

[0125] 根据本发明的实施例，上金属层504的材料包括Au、Ag、Al中的一种或多种。

[0126] 根据本发明的可选实施例，上金属层504的材料可以为Au，从而更有利于上金属层504的制备。

[0127] 根据本发明的实施例，第一上电极3和第二上电极4上表面的金属的材料可以与上金属层504的材料相同。

[0128] 图7为本发明实施例提供的用于制备微腔耦合的双色量子级联红外探测器的制备方法流程图。

[0129] 如图7所示，本发明实施例另一方面还提供了一种用于制备微腔耦合的双色量子级联红外探测器的制备方法，包括操作S701～S7013。

[0130] 在操作S701，在半绝缘衬底上依次外延初始上接触层、初始有源层及初始下接触层。

[0131] 在操作S702，在初始下接触层形成半绝缘衬底金属层。

[0132] 在操作S703，在半导体衬底上形成半导体衬底金属层。

[0133] 在操作S704，将半绝缘衬底金属层与半导体衬底金属层进行晶向对准。

[0134] 在操作S705，将经晶向对准的半绝缘衬底金属层与半导体衬底金属层进行键合，形成下金属层。

[0135] 在操作S706，去除半绝缘衬底，以使初始上接触层暴露。

[0136] 根据本发明的实施例，可以先物理减薄半绝缘衬底至预设厚度，然后再利用选择性腐蚀液对经物理减薄的半绝缘衬底进行腐蚀，直至上接触层暴露。

[0137] 在操作S707，利用电子束曝光工艺在初始上接触层上形成图形化的光刻胶，其中，初始上接触层的除光刻胶外的裸露区域形成器件图形区。

[0138] 在操作S708，在光刻胶和器件图形区上外延初始上金属层。

[0139] 在操作S709，在初始上金属层上的正对器件图形区的位置上形成掩膜层。

[0140] 根据本发明的实施例，掩膜层可以包括通过在初始上金属层上溅射二氧化硅而形成的掩膜。

[0141] 在操作S710，以掩膜层为掩膜，依次去除初始上金属层、初始上接触层、初始有源层和初始下接触层上的除掩膜层正对位置以外的区域，直至下金属层裸露。

[0142] 根据本发明的实施例，可以利用干法刻蚀工艺依次去除初始上金属层、初始上接触层、初始有源层和初始下接触层上的除掩膜层正对位置以外的区域，但不限于此，还可以利用氢氟酸依次去除初始上金属层、初始上接触层、初始有源层和初始下接触层上的除掩膜层正对位置以外的区域。

[0143] 在操作S711，去除掩膜层，以形成第一连接线、第二连接线、多个第一微腔凸台和多个第二微腔凸台。

[0144] 根据本发明的实施例，可以利用干法刻蚀工艺去除掩膜层。

[0145] 在操作S712，将下金属层除第一连接线、第二连接线、多个第一微腔凸台和多个第二微腔凸台以外的裸露区域上作为下电极。

[0146] 在操作S713，在下电极上形成第一上电极和第二上电极，得到微腔耦合的双色量子级联红外探测器。

[0147] 根据本发明的实施例，在得到微腔耦合的双色量子级联红外探测器后，还可以对微腔耦合的双色量子级联红外探测器的半导体衬底进行减薄抛光至一定厚度，然后对微腔耦合的双色量子级联红外探测器进行解理，从而完成微腔耦合的双色量子级联红外探测器的制备过程。

[0148] 本发明实施例提供的的微腔耦合的双色量子级联探测器材料结构简单，红外波的吸收区为平面结构，与传统单色量子级联红外探测器相似，在探测器的制备工艺上也与常规单色量子级联探测器无异，并且克服了量子器件的子带间选择跃迁定则的限制，实现了红外波的正入射，并且还能够实现探测器的制备工艺与焦平面工艺相兼容。

[0149] 本发明实施例提供的探测器既能同时引出两个波段的红外信号，也能分别单独引出其中一个波段的红外信号。由于探测器对两个波段的红外波的吸收都发生在同一有源层中，因此克服了现有技术中红外波的吸收区为垂直结构而导致的耦合效率低的问题。本发明实施例提供的微腔耦合的双色量子级联探测器在结构与工艺上的简化，使本发明实施例提供的微腔耦合的双色量子级联探测器的结构与工艺可以具有更为广泛的应用，对促进双色红外探测器的发展有着重大意义。

[0150] 以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。