[发明专利]宽频带长波响应的GaAs/AlxGa1-xAs量子阱红外探测器及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及宽频带长波响应的GaAs/Al_xGa_1-xAs量子阱红外探测器及其制备方法与应用，属于半导体红外探测器的技术领域。

背景技术

红外探测器作为当今高科技领域的重要发展方向，在民用、军事、太空等诸多领域都取得了显著的成绩。六十年代的硅基化合物探测器其截止响应波长很难达到长波长波段，1980年之后HgCdTe探测器日益发展成熟但是其越来越不能满足人们对于探测器的均匀性和大面积阵列的需求，QWIP探测器是近年来国际上的高新技术。QWIP探测器具有响应速度快，探测率与HgCdTe探测器相近，可人工调制探测波长等优点，但其光谱响应带宽较HgCdTe探测器来比较窄。

光谱响应带宽较窄带来了一些波长的光信号的丢失从而影响了热成像质量，S.V.Bandara et al报导了对GaAs/AlGaAs材料系统用几个不同阱宽和阱深的量子阱构成一个基本单元，然后用多个这样的基本单元制成一个量子阱红外探测器，其光谱带宽已达到Δλ/λ_P=42%，但是其制作工艺相当复杂。

发明内容

发明概述

针对现有技术的问题，本申请提供一种宽频带长波响应的GaAs/Al_xGa_1-xAs量子阱红外探测器。所述的红外探测器根据超晶格量子阱结构中的电子干涉理论，通过对于超晶格结构参数的精细设计，在势垒顶以上引入几个分立的微带，在外电场作用下，光电子跃迁形成相应的几个光电流峰彼此相互交叠，从而使光谱带宽增大。

本发明还提供了上述宽频带长波响应的GaAs/Al_xGa_1-xAs量子阱红外探测器及其制备方法。

本发明还提供了在8-14μm长波段的宽频带长波响应的GaAs/Al_xGa_1-xAs量子阱红外探测器的应用。

发明详述

本发明的技术方案如下：

一种宽频带长波响应的GaAs/Al_xGa_1-xAs量子阱红外探测器，包括由下而上顺次设置的GaAs衬底、GaAs底接触层，所述的GaAs底接触层包括凸起的台形结构，在所述台形结构上顺次设置有多量子阱层MQW、GaAs顶接触层和上电极，在所述所述的GaAs底接触层上还设置有下电极；所述的多量子阱层MQW为周期交替生长的Al_xGa_1-xAs层和GaAs层；根据探测所需的红外光子频率和光谱展宽应用量子干涉模型设计量子阱区域的势垒宽度、势阱宽度、组分、掺杂浓度：

所述量子阱层MQW的交替生长周期为40-60，优选的选取周期为50；其中GaAs层厚度为4.7nm，Si掺杂浓度为0.6-1*10^18cm^-3，优选的Si掺杂浓度为7*10^17cm^-3；Al_xGa_1-xAs层厚度为21nm，不掺杂，势垒高度由Al_xGa_1-xAs中的Al组分x决定，x的取值为0.29-0.31，优选的选取x为0.29；

所述的GaAs底接触层的Si掺杂浓度为0.5-2*10^18cm^-3,厚度为1μm；优选的Si的掺杂浓度为1*10^18cm^-3；

其中所述的GaAs顶接触层的Si掺杂浓度为0.5-2*10^18cm^-3,厚度为0.5μm；优选的Si的掺杂浓度为1*10^18cm^-3；

所述量子阱探测器采用边耦合方式，及在所述的GaAs衬底的台面结构一侧打磨成45°，红外光线垂直于入射面入射。边耦合适用于单元或者线阵列器件，容易获得器件的响应率、探测率等参数，得到的性能参数较准确，可以作为标尺。

上述宽频带长波响应的GaAs/Al_xGa_1-xAs量子阱红外探测器的制备方法，包括步骤如下：

（1）在所述GaAs衬底上利用分子束外延方法依次制备生长出GaAs底接触层、GaAs/Al_xGa_1-xAs MQW多量子阱层

（2）在所述MQW多量子阱层上制备GaAs顶接触层；

（3）利用现有的刻蚀技术在上述制备的晶片上刻蚀到GaAs底接触层表面，形成台面结构；