[发明专利]谐振增强远红外探测器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种半导体探测技术领域的方法，具体是一种谐振增强远红外探测器的制备方法。

背景技术

红外和亚毫米波段(30-1000微米)蕴藏了天体运动和固体红外材料的许多信息，因此高性能的远红外探测器在天体物理，红外物理和新材料探索等研究上具有广泛的应用前景。近年来，一个新型同质结内反射远红外探测器的概念被提出并得到很好的发展。目前，运用成熟材料GaAs，Si的同质结探测器已成功实现，且这些探测器的性能可以比得上传统的锗非本征光电探测器和阻挡杂质探测器(BIB)。量子效率是衡量探测器性能的重要指标，但是已实现的同质结探测器的量子效率普遍偏低，而且在截止波长附近量子效率更低。低的量子效率限制了探测器的实际应用，因此进一步提高量子效率是当务之急。

经研究发现，在光电探测器上施加一对反射镜构成谐振腔(RCE)结构能够有效提高探测器的量子效率。经对现有技术的文献检索发现，M.S.Unlu and S.Strite在J.Appl.Phys.(应用物理杂志)第78卷(1995)607页报道，在光电探测器在施加一对反射镜，即顶部反射镜和底部反射镜，这样形成了谐振腔的结构能够明显提高了探测器的量子效率。它的原理是利用谐振腔结构使入射光在腔体内形成多次反射且经过吸收区域，从而被充分吸收。谐振腔被大量应用在近红外和中红外探测器上，但在远红外波段的应用还是有限的。经检索发现，针对于远红外探测器，Y.H.Zhang等人在Appl.Phys.Lett.(应用物理快报)第82卷(2003)1129页提出了以探测器与空气形成的界面为顶部反射镜，而底部反射镜是由底部电极层和它下面的多周期的非掺杂的砷化镓组成的。这种谐振腔结构有效提高了量子效率，但是由于底部反射镜的反射率不够大，限制了量子效率进一步的提高。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种谐振增强远红外探测器的制备方法，克服远红外探测器的量子效普遍偏低的不足，大大得提高该探测器的量子效率。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

(1)确定要生长的探测器类型和反射镜的结构：探测器的类型是同质结内光发射探测器，顶部反射镜是由空气与探测器形成的界面，而底部反射镜是在远红外波段反射率高且相位匹配的反射镜。

(2)利用菲涅尔系数矩阵和介电函数模型，通过数值计算得到腔体内的量子效率。通过使谐振腔内的量子效率最大化，得到优化的探测器和底部反射镜的结构参数和材料参数。

(3)根据得到优化的参数，用分子束外延法生长谐振增强远红外探测器(包括探测器和反射镜)

步骤(1)中，所述的探测器为n型砷化镓同质结内光发射的探测器，它是由多周期交替的掺杂的发射层和非掺杂的本证层组成的探测器；所述的反射镜，从上到下有高掺杂的底部电极层、非掺杂的砷化镓层、金属层。

步骤(2)中，从基本的菲涅尔系数矩阵出发，针对多层膜结构和光线入射的情况，推导出每层界面的反射率R和透射率T的计算公式，并根据介电函数模型，结合探测器的参数，计算出远红外波段探测器表面的反射率以及探测器腔与底部反射镜界面上的光透射率T，通过公式A＝1-T-R就可以得到探测器腔内的吸收率。通过公式求得内部量子效率ηb和势垒收集率ηc，这样就得到探测器腔体内的总的量子效率ηtotal＝A×ηb×ηc。通过使探测器腔内的量子效率最大，并结合考虑可行性的约束，优化探测器结构和底部反射镜结构。

步骤(3)中，根据优化得到结构参数和掺杂浓度，利用分子束外延生长装置制备远红外探测器结构和底部反射镜结构，这样就得到一个量子效率比较高的谐振增强远红外探测器。

本发明通过优化探测器结构并在其探测器上施加金属反射镜实现了远红外探测器腔内的量子效率的提高，从而提高了该探测器的响应率，探测率等性能，并且为其他远红外探测器提供一种新的方法。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例包括以下步骤：