[发明专利]一种基于微腔的量子点场效应单光子探测器

权利要求书

1.一种基于微腔的量子点场效应单光子探测器，其特征在于，探测器采用二阶光电导机制，其增益源自于载流子电导率对量子点束缚光生载流子的敏感性，利用微腔的共振增强性提高探测器的光吸收能力和光响应能力；

其结构包括：

衬底(1)，该衬底(1)用于在其上进行探测器各层材料的外延生长；

缓冲层(2)，该缓冲层(2)生长于衬底(1)上；

下反射镜多层膜(3)，该下反射镜多层膜(3)生长于缓冲层(2)上；

势垒层(4)，该势垒层(4)生长于下反射镜多层膜(3)上；

δ掺杂层(5)，该δ掺杂层(5)生长于势垒层(4)上；

隔离层(6)，该隔离层(6)生长于δ掺杂层(5)上；

吸收层(7)，该吸收层(7)生长于隔离层(6)上；

量子点层(8)，该量子点层(8)生长于吸收层(7)上；

接触层(9)，该接触层(9)生长于量子点层(8)上；

漏电极(10)、栅电极(11)、源电极(12)，通过光刻腐蚀，淀积于接触层(9)上；

接触层(9)的上表面与空气之间形成GaAs接触层/空气接触面(13)。

2.根据权利要求1所述的基于微腔的量子点场效应单光子探测器，其特征在于，所述衬底(1)为GaAs衬底。

3.根据权利要求1所述的基于微腔的量子点场效应单光子探测器，其特征在于，所述缓冲层(2)为GaAs材料。

4.根据权利要求1所述的基于微腔的量子点场效应单光子探测器，其特征在于，所述下反射镜多层膜(3)为20对交替生长的AlAs/Al_0.15Ga_0.85As材料层。

5.根据权利要求1所述的基于微腔的量子点场效应单光子探测器，其特征在于，所述势垒层(4)为Al_0.26Ga_0.74As材料。

6.根据权利要求1所述的基于微腔的量子点场效应单光子探测器，其特征在于，所述δ掺杂层(5)为Si-δ掺杂。

7.根据权利要求1所述的基于微腔的量子点场效应单光子探测器，其特征在于，所述隔离层(6)为Al_0.26Ga_0.74As材料。

8.根据权利要求1所述的基于微腔的量子点场效应单光子探测器，其特征在于，所述吸收层(7)为GaAs材料。

9.根据权利要求1所述的基于微腔的量子点场效应单光子探测器，其特征在于，所述量子点层(8)为InAs量子点。

10.根据权利要求1所述的基于微腔的量子点场效应单光子探测器，其特征在于，所述接触层(9)为GaAs材料。

11.根据权利要求1所述的基于微腔的量子点场效应单光子探测器，其特征在于，探测器的Al_0.26Ga_0.74As隔离层(6)和GaAs吸收层(7)构成了一个异质结构，在两种材料界面处形成了二维电子气；探测器以二维电子气作为导电通道，通道两端分别为源电极(12)和漏电极(10)；同时由于δ掺杂层(5)采用了δ掺杂技术，探测器的二维电子气导电通道具有较高的电子迁移率。

12.根据权利要求2所述的基于微腔的量子点场效应单光子探测器，其探测机理在于，光子入射后，在吸收层(7)被吸收并产生光生电子和光生空穴，在栅电极(11)负偏压作用下光生电子进入导电通道参与导电，同时由于量子点限域效应，光生空穴被量子点俘获；量子点俘获并束缚光生空穴后削弱了外加栅电场的强度，致使导电通道电导的增加，即形成了光电导增益。

13.根据权利要求1所述的基于微腔的量子点场效应单光子探测器，其特征在于，在GaAs接触层/空 气接触面(13)和下反射镜多层膜(3)之间，形成了微腔结构；入射光进入微腔后得到共振增强，使探测器具有较高的光吸收效率和光响应度；同时由于微腔的波长选择性，能够大幅度减少外界噪声的干扰，使探测器具有较低的暗计数率。