[发明专利]一种基于表面等离子体微腔的多色量子阱光子探测器件

说明书

技术领域

本发明属于光波探测器技术领域，具体涉及一种基于微腔结构的多色（多波长）半导体量子阱探测器件。 

背景技术

采用量子阱结构的器件进行光探测，是中远红外波段光探测的主要技术之一。然而，一方面，半导体量子阱结构的光波吸收受该领域广泛认知的“极化选择定律”的限制，即量子阱只能吸收具有与量子阱平面垂直的电场分量的光波，而对实际应用中绝大部分情况出现的垂直入射光波吸收极小，如参见文献1。因而在实际的器件必须结合倾角入射（如文献2）、光栅耦合（如文献9）或刻蚀槽结构（如文献10）。为克服这一问题，采用具有亚波长周期性金属孔阵列作为光波耦合结构，实现了量子阱结构对垂直入射的光波的有效吸收（文献7），这主要利用的是被称之为“表面等离激元”的光学技术，它能够将垂直入射的光转变为沿金属表面传播的电磁波模式（如文献3）。另一方面，在红外成像中，由于实际物体并不是严格的意义上的黑体，因此往往需要同时探测多个波长才能得到正确的图像（如文献4）。

已经公开的利用亚波长金属孔阵列作为量子阱探测器的光耦合器件的技术中，主要应用的是一层金属的孔阵列结构，这种耦合器件虽然相对早期的斜角入射、光栅耦合等效率均有一定提高，但效率仍然较低（吸收率7-10%，如文献5）。已经公开的多色量子阱探测器也主要是应用几种不同周期的光栅拼接在一起，这种拼接不仅增加了工艺难度，而且造成几种波长探测之间的相互干扰，即优化某一波长的探测效率必然会牺牲其他波长的探测效率（如文献6）。为克服这两个问题，本发明采用一层金属孔阵列结构和一层没有任何孔结构的金属膜构成的表面等离子体微腔，将量子阱放置于微腔中，利用微腔中的多个共振模式实现了多色探测，而且量子阱探测器吸收效率的相对单层的金属孔阵列结构也有5倍的提高。

参考文献：

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[9].Polarization-sensitive corrugated quantum well infrared photodetector array，US专利6,410,917。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构设计灵活、探测性能高的光波探测元件，以满足在垂直入射光波、多波长同时进行光波探测应用的需要。

本发明提供的光波探测元件，是一种基于表面等离子体微腔的多色量子阱光子探测器件，其包括以下几个部分：