[发明专利]电子输运通道为斜跃迁‑微带型的量子级联红外探测器

说明书

技术领域

本发明属于一种红外探测技术，具体涉及一种电子输运通道为斜跃迁-微带型的量子级联红外探测器。

背景技术

半导体红外探测器在军事，医疗，环境监测等方面有着广泛的用途。目前，商用红外探测器以碲镉汞探测器和量子阱探测器为主流。但是，碲镉汞探测器在材料制备上的困难制约了其大面阵的应用；而量子阱探测器由于其工作在光导模式下，存在很强的暗电流，容易使外部读出电路电容饱和从而限制积分时间，因而同样不利于大面阵的应用。量子级联探测器作为一种新型的光伏型探测器具有噪声低，功耗小的优点，不易使焦平面电容饱和，且其器件材料体系具有成熟的外延生长技术，因而得到了广泛关注和研究。然而，目前量子级联探测器的响应率始终低于光导型器件。所以亟待研制一种低噪声，高响应以及材料制备成熟的红外探测器。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电子输运通道为斜跃迁-微带型的量子级联红外探测器，使其具有低噪声的同时具有高的响应率。

本发明提供一种电子输运通道为斜跃迁-微带型的量子级联红外探测器，包括：

一衬底；

一下接触层，其外延于衬底上；

一功能层，其外延于下接触层上面；

一上接触层，其外延于功能层上；

一上接触电极，其制作在上接触层的表面；

一下接触电极，其制作在下接触层的表面，位于功能层的周围。

本发明的有益效果是：

1.本发明提供的红外探测器响应率极大提高。由于功能层引入了斜跃迁和微带相结合的电子吸收-抽运方式使得该器件在性能上有了极大的提升，相比传统的同波长的量子级联红外探测器，其响应率提高了4～5倍。响应率的提高主要是由于吸收系数的提高和抽取效率的提高。因为吸收跃迁的终态是微带，这会提高吸收区中初态和终态之间的跃迁矩阵元，从而提高材料的吸收系数。而且微带的形成使得载流子的抽取效率明显提高，从而使得器件的响应率得到极大提高。

2.本发明提供的红外探测器在具有高响应的同时还具有低噪声的特点。由于微带结构的加入，增加了吸收区基态能级与弛豫区输运能级在实空间上的距离，可以减少它们之间波函数的交叠，从而减少由于热激发而产生的噪声电流通道，进一步降低噪声电流。

3.本发明提供的红外探测器外延生长的容错率提高。由于微带在能量上的展宽使得共振隧穿条件更容易得到满足，在保证隧穿速率的条件下，增加了整个结构的外延容错率。

4.本发明所提供的红外探测器的探测波长可通过能带工程设计灵活调节，通过调整阱垒层的厚度和阱垒对个数来调整功能层的结构，从而实现各个红外波段的探测。

5.本发明提供的红外探测器工作在光伏模式下，不需要外加的偏压即可工作，因而具有极低的可忽略的暗电流，探测时可采用长的积分时间提高灵敏度，而不会使读出电路饱和。并且，本探测器具有低的功耗和低的散热要求，在大的焦平面阵列应用中有很大的潜力。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明，其中：

图1是本发明提供的红外探测器的结构示意图；

图2是本发明提供的红外探测器的功能层一个周期内势阱层和势垒层的生长次序示意图(以8.6微米的InP基探测器为例)；

图3是本发明提供的红外探测器的功能层一个周期内的导带能带结构示意图以及载流子的输运原理图(以8.6微米的InP基探测器为例)。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下以一个示例性实施例：背面斜入射响应波长为8.6微米的磷化铟(InP)基斜跃迁-微带型量子级联探测器为例，结合附图对本发明进行进一步地说明。

请参阅图1、图2及图3所示，本发明提供了一种电子输运通道为斜跃迁-微带型的量子级联红外探测器，包括：

一衬底1，采用的是半绝缘的磷化铟(InP)材料；

一下接触层2，其外延于衬底1上，作为缓冲层存在；该衬底1和下接触层2一侧的端面成一向内的夹角θ，所述夹角θ的角度为30-60度；同时，下接触层2是电子施主杂质硅(Si)重掺杂的铟镓砷(InGaAs)外延层，该层厚度为500nm，用于后续形成欧姆接触电极；