[发明专利]一种波长上转换半导体结构及其光探测方法

权利要求书

1.一种波长上转换半导体结构，包括：衬底、下电极接触层、下过渡层、波长上转换区、上过渡层、上电极接触层，其特征在于：所述的波长上转换区最少包括两个量子势阱层和位于二者之间的势垒层，量子势阱层-1中的电子激发态能级与电子基态能级之间的能量差对应于红外光子能量，且量子势阱层-1中的电子激发态能级低于势垒层导带，量子势阱层-2中的电子基态能级与空穴基态能级之间的能量差大于量子势阱层-1中的电子激发态能级与电子基态能级之间的能量差，且量子势阱层-2中的电子基态能级与量子势阱层-1中的电子激发态能级之间的能量差小于50meV。

2.根据权利要求1所述的一种波长上转换半导体结构，其特征在于：所述波长上转换区的量子势阱层-1和量子势阱层-2同时为量子阱，或者其中之一为量子点。

3.根据权利要求1或2所述的一种波长上转换半导体结构，其特征在于：所述波长上转换区的量子势阱层-1、量子势阱层-2和势垒层的厚度分别为1-50原子层。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种波长上转换半导体结构，其特征在于：所述波长上转换区的量子势阱层-1、量子势阱层-2或势垒层材料是下列各材料体系中的任意一种：铝镓铟砷、铝镓铟磷、铝镓铟砷锑、铝镓铟砷磷、铝镓铟氮、硅锗。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种波长上转换半导体结构，其特征在于：以所述波长上转换区中的量子势阱层和势垒层为基本单元的周期性结构，其重复周期数为1-1000。

6.一种利用所述波长上转换半导体结构进行红外弱光探测的方法，其特征在于，通过光泵浦、电注入或掺杂的方式使所述波长上转换区量子势阱层-1中电子处于基态能级；当吸收红外光子时，量子势阱层-1中的电子从基态能级跃迁到激发态能级，但无法直接越过势垒层进入量子势阱层-2中；调节量子势阱层-2中的电子基态能级与量子势阱层-1中的电子激发态能级的相对关系使其满足共振隧穿的条件，并使处于量子势阱层-1中的激发态的电子通过共振隧穿进入量子势阱层-2；进入量子势阱层-2的电子从电子基态能级跃迁到空穴基态能级，发生电子-空穴复合，发出光子的波长位于具有极低暗计数的光探测器(如Si-APD、SiC-APD、PMT)的响应带宽之内。