[发明专利]针对远红外探测器的谐振腔的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种半导体探测器技术领域的方法，具体是一种针对远红外探测器的谐振腔的制备方法。

背景技术

红外探测器在红外物理和新材料探索等研究方面具有广泛的应用前景，其发展的主要目标之一是拓展探测器的探测范围和提高器件性能。高性能的远红外探测器的研制是天体物理以及新材料研究的需要。近年来，一种同质结内发射功函数远红外探测(HIWIP)概念的提出和实现极大地丰富和发展了此领域。其突出的优点是截止波长原则上可以无限制延伸并且能够将探测器与现有的砷化镓(GaAs)或硅(Si)材料工艺的相融合。然而从已实现的HIWIP探测器来看，量子效率普遍偏低，而且在截止波长附近量子效率明显偏小，不利于体现此种探测器截止波长长的特点。低的量子效率限制了这种探测器的实际使用。

现有技术中，通过在光电探测器上施加一对反射镜构成谐振腔(RCE)结构能够有效提高探测器的量子效率。经对现有技术的文献检索发现，M.S.Unlu and S.Strite在J.Appl.Phys.(应用物理期刊)第78卷(1995)607页报道，在光电探测器上施加一对反射镜，即顶部反射镜和底部反射镜，这样形成的谐振腔结构能够明显提高探测器的量子效率。它的原理是利用谐振腔结构使入射光在腔体内形成多次反射并经过吸收介质，从而被充分吸收。谐振腔被大量应用在近红外和中红外探测器上，但在远红外波段上的应用还是有限的。经检索发现，针对于远红外探测器，Y.H.Zhang等人在Appl.Phys.Lett.(应用物理快报)第82卷(2003)1129页提出了以探测器与空气形成的界面为顶部反射镜，而底部反射镜是由底部电极层和它下面的多周期的非掺杂的砷化镓组成的。这种谐振腔结构有效提高了量子效率，但是由于底部反射镜的反射率不够大，限制了量子效率进一步的提高。根据进一步的检索，M.M.Zheng，Y.H.Zhang等人在J.Appl.Phys.(应用物理期刊)第105卷(2009)第084515号文章中提出了优化探测器主腔体结构的方法，并使用了更高反射率的金层底部反射镜，使得这一优化的探测器的量子效率得到更进一步提高，但是由于没有与之相匹配的的顶部反射镜，限制了其量子效率进一步的提高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种针对远红外探测器的谐振腔的制备方法，克服远红外探测器的量子效率普遍偏低的不足，极大的提高了该探测器的量子效率。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步、确定同质结功函数内光发射远红外探测器及其结构和材料参数，优化底部反射镜参数，并根据优化后的底部反射镜参数优化顶部反射镜参数。

所述的探测器为砷化镓同质结功函数内光发射远红外探测器，由多周期交替的掺杂的发射层和非掺杂的本征层组成。

所述的底部反射镜从上到下依次含有高掺杂的底部电极层、非掺杂的砷化镓层和金属金层。

所述的优化底部反射镜参数是指：利用菲涅尔系数矩阵和介电函数模型，通过数值计算使探测器的量子效率最大化，具体步骤为：从基本的菲涅尔系数矩阵出发，并根据介电函数模型，结合探测器的参数，计算出远红外波段探测器腔体内的吸收率A，通过公式求得内部量子效率η_b和势垒收集率η_c并得到探测器腔体内的总量子效率η_total＝A×η_b×η_c，通过调整底部反射镜的各个参数并结合考虑可行性的约束，使探测器腔体内的量子效率最大，优化探测器主体结构和底部反射镜结构。

所述的顶部反射镜为半反半透且相位匹配的反射镜且为本征砷化镓的倒金字塔阵列结构。

所述的优化顶部反射镜参数是指：通过调制倒金字塔顶部反射镜的高度，使得计算得到的探测器腔体内的量子效率最大。

第二步、用分子束外延生长谐振增强远红外探测器的主体结构和底部反射镜，用添加牺牲层的方法腐蚀出周期性金字塔结构并结合倒立安装的方法得到倒金字塔结构的顶部反射镜，具体步骤为：根据优化得到的结构参数和掺杂浓度，利用分子束外延生长装置制备远红外探测器主体结构和底部反射镜结构，用添加牺牲层的方法腐蚀出周期性金字塔结构并结合倒立安装的方法得到倒金字塔结构的顶部反射镜，得到量子效率经优化的谐振增强远红外探测器。

本发明通过优化探测器主体结构并在其上施加金属层底部反射镜和本征砷化镓的倒金字塔结构的顶部反射镜，实现了远红外探测器腔体内量子效率的进一步的提高，从而提高了该探测器的响应率、探测率等性能。

具体实施方式