[发明专利]一种亚单层量子点级联光电探测器

说明书

本发明公开一种亚单层量子点级联光电探测器，其特征在于，包括衬底层，在衬底层的上表面由下至上依次外延生长出下接触层、活性区域层和上接触层，所述的活性区域层为周期性层状结构，每个周期内包括由下至上设置的量子阱级联传输区和亚单层量子点堆积层。本发明所述的亚单层量子点级联光电探测器可以获得质量更高、更可控的量子点，提高量子效率、降低暗电流，从而有效的提高光电探测器的探测能力和响应率。

技术领域

本发明涉及光电探测器技术领域，尤其涉及一种亚单层量子点级联光电探测器。

背景技术

中红外和远红外光探测的研究，在远距离传感、热成像、夜视和空间定位等领域具有重要的应用。随着半导体超晶格与量子阱研究的不断深入，量子阱红外探测获得了迅速发展。然而，由于选择跃迁定则的限制，使其不能直接探测垂直入射光，而且在红外区只有较窄的光谱响应。近年，随着半导体量子点物理研究的日渐深入和自组织生长技术的不断进步，一种以量子点作为有源区的新型红外光探测器，正在受到越来越多研究者的广泛关注。虽然量子点红外探测器在结构形式和工作原理上与量子阱红外探测器相类似，但它却有着后者所不可比拟的许多优点，例如对垂直入射光敏感、可以达到更宽的光谱响应、具有较长的电子激发寿命、更低的暗电流、更高的光电导增益和更高的光探测率等。

现在有一种基于GaAs的量子点级联光电探测器，它的光学响应波段在5到6μm之间，还有一种在InP衬底上的量子点级联光电探测器，它们都可对正常入射光产生响应，在这两种探测器中，量子点通过Stranski-Krastanov(SK)外延生长形成，但是基于这种模式生长的量子点结构存在有量子点尺寸不均匀，精确的能级调控存在困难，另外存在量子点密度低和载流子束缚能力低的问题，限制了光电探测器的探测能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术进行改进，提供一种亚单层量子点级联光电探测器，解决目前技术中量子点级联光电探测器的量子点尺寸不均匀，量子点密度低和载流子束缚能力低导致光电探测器的量子效率低、暗电流较大的问题。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案是：

一种亚单层量子点级联光电探测器，其特征在于，包括衬底层，在衬底层的上表面由下至上依次外延生长出下接触层、活性区域层和上接触层，所述的活性区域层为周期性层状结构，每个周期内包括由下至上设置的量子阱级联传输区和亚单层量子点堆积层。本发明所述的亚单层量子点级联光电探测器的活性区域层构成量子级联结构，设为周期性的亚单层沉积是用于制备高密度的亚单层量子点以提高光吸收，基于量子阱结构的量子级联光电探测器可以在没有外部偏置电压条件下工作，可以应用在包括短红外波段、中红外波段和长红外波段的范围，量子点对载流子的捕获时间较长，基于量子点的探测器具有可以对载流子产生三维约束的优点，这个优点将导致探测器具有更低的暗电流、更长的受激态寿命以及对垂直入射光更好的敏感性。将量子点结构与量子阱量子级联结构结合起来的光电探测器，可以实现对垂直入射光的响应，而亚单层量子点因为其自组装技术，拥有很高的点密度，并且不存在湿润层，因而利用设计和控制电子能级应用于量子级联光电探测器，同时提高量子点结构的质量，从而提高光电探测器的探测能力。

进一步的，所述的量子阱级联传输区包括若干层量子阱层。

进一步的，所述的量子阱层之间跃迁的能量差为纵光学模声子的能量，使得若干层量子阱之间可以形成纵光学模声子的能量阶梯，以便于有效地提取出激子。

进一步的，所述的量子阱层采用的材料为Ⅲ_xⅢ₁-xAs，Ⅲ为三族元素中的Al、Ga、In，0≤x≤1。

进一步的，所述的亚单层量子点堆积层包括采用GaAs材料制成的基层和采用InAs材料生长在基层上的亚单层量子点，亚单层量子点堆积层用于进行红外吸收。