[发明专利]一种半导体量子阱光探测器件

说明书

技术领域

本发明属于光波探测器技术领域，具体涉及一种半导体量子阱光探测器件。

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，即量子阱只能吸收与量子阱平面垂直的电场分量的光波，而在实际应用中对于直接垂直入射光波吸收极小，如参见文献1。因而实际的器件必须结合倾角入射（如文献2）、光栅耦合（如文献3）或刻蚀槽结构（如文献4）等复杂的工艺处理。这些方法不仅增加了工艺的难度、降低了产率，同时还限制了器件的适用领域和性能。为克服这一问题，采用具有周期性金属孔结构作为光波耦合结构，实现了量子阱结构对垂直入射光波的有效吸收（文献5），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6）。

已经公开的利用周期性金属孔结构作为量子阱光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，入射光从金属层一侧入射，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7）；同时，也无法实现多个表面等离子体模式与半导体中特征频率的耦合。为克服这两个问题，本发明将成熟的半导体能带工程技术与周期性金属孔结构的表面等离子体技术相结合，利用两者良好的灵活性，实现量子阱中电子对光波的吸收效率。本发明中的半导体量子阱光探测器吸收效率比从金属层入射的半导体量子阱光探测器吸收效率（如文献8）提高约9倍。

参考文献：

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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、制备工艺简单的半导体量子阱光探测器件，以满足对垂直入射光波、倾角入射光波进行光波探测应用的需要。

本发明提供的半导体量子阱光探测器件，包括： 

半导体层，在该半导体层一侧表面内侧附近有量子阱层，量子阱层中具有一定的载流子浓度（浓度一般10¹⁵-10¹⁸/cm³），并至少具有两个能级。

金属层，该金属层在半导体表面上，并具有亚波长周期性金属孔结构；  

入射光波，该入射光波在垂直于半导体表面和量子阱层平面的方向上，或者在与垂直方向成一倾斜角的方向上，从半导体层一侧入射并最终被量子阱层所吸收。