[发明专利]一种内嵌重掺杂光栅层的半导体红外探测器

说明书

本发明实施例公开了一种内嵌重掺杂光栅的半导体红外探测器。该半导体红外探测器包括：衬底；在所述衬底上依次生长的下电极层、多量子阱有源层、以及上电极层；在所述衬底上还生长有重掺杂光栅层，所述重掺杂光栅层生长在所述上电极层和所述多量子阱有源层之间，或者所述多量子阱有源层和所述下电极层之间；在所述衬底上还生长有过渡层，所述过渡层生长在所述重掺杂光栅层和所述多量子阱有源层之间。本发明实施例通过在多量子阱有源层和下电极层之间，或者多量子阱有源层和上电极层之间设置重掺杂光栅层，以使得入射光与重掺杂光栅层中的电子相互作用并在光栅层界面形成等离激元，从而在多量子阱有源层内形成局域增强的光场，进而提高探测器有源区的吸收效率。

技术领域

本发明实施例涉及半导体材料和器件领域，具体涉及一种内嵌重掺杂光栅层的半导体红外探测器。

背景技术

红外探测器是工作在中长波、甚长波频段的重要器件。目前广泛使用的红外探测器有碲镉汞探测器和砷化镓系量子阱探测器，而量子阱红外探测器由于其子带间跃迁的跃迁机制，导致其只对有沿量子阱生长方向电场分量的入射光有吸收，从而导致小的吸收效率及探测率。

因此量子阱红外探测器在实际使用中，常使用表面光栅结构或者45度入射面来解决对入射光的偏振选择性的问题。也有通过表面金属光栅的表面等离激元效应来解决这一问题，同时利用表面等离激元的光场局域特性来增强有源区对入射光的吸收效率。而在体材料探测器中，也可利用表面等离激元对光场的限制，压缩有源区厚度。

表面等离激元是当光通过带有二维小孔阵列的金属薄膜时，由于入射光与金属中自由电子相互作用产生的耦合振荡，在金属与介质交界面附近形成特定频率的光场的局域增强。

表面等离激元的振幅在垂直金属-半导体交界面的方向上衰减，但在器件制作过程中，由于金属只能沉积在器件表面，要使光场在有源区得到增强，就需要牺牲一定的上电极层和有源层厚度使有源区位于表面等离子体激元的穿透深度内，制约了探测器的响应度。

发明内容

本发明实施例的一个目的是解决现有技术由于使用金属光栅需要牺牲部分厚度以换取响应度的问题。

本发明实施例提出了一种内嵌重掺杂光栅的半导体红外探测器，包括：衬底；在所述衬底上依次生长的下电极层、多量子阱有源层、以及上电极层；在所述衬底上还生长有重掺杂光栅层，所述重掺杂光栅层生长在所述上电极层和所述多量子阱有源层之间，或者所述多量子阱有源层和所述下电极层之间；

在所述衬底上还生长有过渡层，所述过渡层生长在所述重掺杂光栅层和所述多量子阱有源层之间。

优选地，所述重掺杂光栅层具有一维或两维周期性亚波长结构。

优选地，所述重掺杂光栅层的材料为砷化镓、砷化铝、砷化铟、磷化铟、磷化铝、磷化镓、氮化镓、氮化铟、氮化铝中的任何一种，或者构成的三元/四元化合物。

优选地，所述重掺杂光栅层的掺杂类型为n型或p型，掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3～1×10²¹cm^-3。

优选地，所述重掺杂光栅层的光栅图案包括：条形、圆形、方形、三角形。

优选地，在重掺杂光栅层的光栅图案为圆形时，所述重掺杂光栅层的光栅占空比为0.1–0.7；

光栅图案为除圆形之外的其他图案时，光栅占空比为0.1-0.9。

优选地，所述重掺杂光栅层的光栅周期为0.5μm–20μm。

优选地，所述重掺杂光栅层的厚度为2nm–500nm。

优选地，所述重掺杂光栅层与所述多量子阱有源层的间距为2nm–500nm。