[发明专利]一种基于共振遂穿效应的GaAs基双色量子阱红外探测器

说明书

本发明公开了一种基于共振遂穿效应的GaAs基双色量子阱红外探测器，该探测器是由分子束外延手段在GaAs衬底上依次生长下电极层、有源区层以及上电极层制备。有源区层为一个共振遂穿二极管结构夹在两个不同的量子阱中间。当探测器加上特定正或负偏压时，由不同阱宽量子阱响应产生的两个波段光电流将选择性通过共振遂穿二极管形成响应回路。相比目前传统的双色量子阱探测器，本发明可通过调节所加偏压方向和大小实现双色探测，并且能提高器件工作温度。此外，本发明的器件制备工艺更为简化，对促进双色红外量子阱探测器的发展有着重大意义。

技术领域

本发明涉及GaAs基量子阱红外探测器，具体涉及一种基于共振遂穿效应的GaAs基双色量子阱红外探测器。

背景技术

量子阱红外探测器是红外焦平面热成像系统的重要组成部分，尤其GaAs基量子阱红外探测器因其材料生长和工艺制备成熟，易于大面阵集成且均匀性和稳定性好，成为近年来红外探测器领域的研究热点。然而随着半导体技术的不断发展，单色红外探测器已满足不了更高集成度与更多功能的需求，因此双波段甚至多波段窗口的探测器发展应运而生。相比于单波段热成像系统而言，基于双色量子阱探测器的热成像系统可探测更多的目标信息，具有更高的探测率与更低的误警率。

量子阱红外探测器的响应波长设计可通过量子裁剪改变材料的势垒高度与量子阱宽度实现，利用子带间跃迁实现光子与电子的相互转化。利用量子阱红外探测器的波长可控性，双色量子红外探测器的实现可通过在同一个探测器中设计两种不同的量子阱结构分别实现对两种不同波段的光进行探测。目前广泛应用的GaAs基双色量子阱红外探测器主要采用MBE手段在GaAs衬底材料上依次生长三个电极层用于分别加偏压控制两个波段的探测。见参考文献Costard,Eric,et al.Two color QWIP and extended wavebands.Infrared Technology and Applications XXXIII.Vol.6542.International Societyfor Optics and Photonics,2007.该双色量子阱探测器制备工艺相比于传统单色量子阱探测器的材料生长难度更大，器件制备工艺更为复杂，需经过多次腐蚀引出三个电极形成三端器件，并且与标准焦平面制备工艺并不兼容，因此基于该双色量子阱探测器制备的红外焦平面读出电路更为复杂。而本发明所设计的基于共振遂穿效应的GaAs基双色量子阱探测器材料结构简单，与传统单色量子阱红外探测器相似，为两端器件，只需在上下电极层加上不同偏置电压使得共振遂穿结构导通便可实现双波段的探测。因此，在器件制备工艺上也与常规单色量子阱无异，并且能够实现与焦平面工艺相兼容。本发明在结构与工艺上的简化具有更为广泛的应用，对促进双色红外量子阱探测器的发展有着重大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种GaAs基双色量子阱红外探测器，可以简化材料结构与器件制备工艺。

本发明的设计方案如下：

一种基于共振遂穿效应的GaAs基双色量子阱红外探测器，它的基本单元包括衬底1，下电极2，第一量子阱区3，共振遂穿区4，第二量子阱区5，上电极6，金属电极7，其特征在于：

所述的一种基于共振遂穿效应的GaAs基双色量子阱红外探测器结构为：在衬底(1)上生长下电极层(2)，接着生长第一量子阱区(3)，在第一量子阱区(3)上继续生长共振遂穿区(4)，再生长第二量子阱区(5)，最后生长上电极层(6)，金属电极(7)分别在下电极层(2)和上电极层(6)上；其中第一量子阱区3与第二量子阱区5分别代表量子阱探测器探测的两个波段有源区；

所述的衬底1为GaAs衬底；

所述的上下电极层2、6为Si重掺杂的GaAs，掺杂浓度为1×10¹⁷-1×10¹⁸cm^-3；

所述的金属电极7材料为复合金属，靠近电极层一侧的为AuGe，再依次为Ni和Au材料；