[发明专利]一种基于二型量子阱的双波段红外光电探测器

说明书

本发明公开了一种基于二类量子阱的双波段红外光电探测器，其特征在于，包括依次复合的InP衬底、在InP衬底上生长的延长短波红外InGaAs阳极接触层、延长短波红外InGaAs/GaAsSb二类量子阱吸收层、延长短波红外InGaAs/GaAsSb二类量子阱阴极接触层、近红外InGaAs阴极接触层、近红外InGaAs吸收层、近红外InGaAs阳极接触层，以及两个阳极金属电极及一个阴极金属电极。本发明基于生长技术成熟的InP衬底，使用的化合物半导体材料与InP衬底晶格匹配，从而有较低的暗电流，较高的信噪比，吸收谱能够覆盖1.7‑2.8μm波段，同时还具有一定的可调节范围。

技术领域

本发明涉及一种半导体光电探测器，尤其涉及一种基于二类量子阱的近红外/延长短波红外双波段红外光电探测器。

背景技术

双色短波红外探测器在光谱学，红外成像，辐射温度传感计量等领域都有重要应用。目前工作在近红外(0.9μm-1.7μm，NIR)和延长短波红外(1.7μm-2.55μm，eSWIR)的短波红外双色探测器已经商业化。日本滨松集团采用沿着同一光轴集成了基于磷化铟(InP)衬底的两个不同响应范围的铟镓砷(InGaAs)PIN光电二极管实现短波红外的双色探测。

这种技术采用不同In成分的InGaAs探测器实现不同的响应波段，通常晶格匹配于磷化铟衬底的InGaAs探测器的截止波长为1.7微米。为了延长InGaAs探测器的截止波长，需要增加InGaAs材料中In成分，但是同时InGaAs材料的晶格常数也会随着In成分的增加而增加，这造成InGaAs和InP衬底晶格失配，带来了额外的缺陷，从而影响器件的暗电流特性[1]。

由于二类量子阱可以通过调整材料组分和量子阱厚度来调整带隙，同时又保留了晶格匹配于衬底的优势，因此已成为非常适合多光谱检测的材料。InGaAs/GaAsSb二类量子阱材料体系在InP衬底上展示了高性能SWIR光电探测性能[2-10]，但迄今为止，尚未报道过基于InGaAs体状材料与InGaAs/GaAsSb二类量子阱的短波双波段NIR-eSWIR光电探测器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有的基于不同In成分的InGaAs双波段探测器存在的成本高、器件封装技术难，暗电流高的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于二类量子阱的双波段红外光电探测器，其特征在于，包括依次复合的InP衬底、在InP衬底上生长的延长短波红外InGaAs阳极接触层、延长短波红外InGaAs/GaAsSb二类量子阱吸收层、延长短波红外InGaAs/GaAsSb二类量子阱阴极接触层、近红外InGaAs阴极接触层、近红外InGaAs吸收层、近红外InGaAs阳极接触层，以及两个阳极金属电极及一个阴极金属电极，两个阳极金属电极分别与延长短波红外InGaAs阳极接触层、近红外InGaAs阳极接触层相接触，阴极金属电极与延长短波红外InGaAs/GaAsSb二类量子阱阴极接触层相接触。

优选地，所述双波段红外光电探测器响应0.9-1.7μm及1.7-2.8μm两个波段。

优选地，所述延长短波红外InGaAs/GaAsSb二类量子阱吸收层用于吸收用是吸收波长在1.7-2.8μm波段的光子，其由周期性重复的InGaAs和GaAsSb层构成。每个周期内InGaAs和GaAsSb的厚度在纳米尺度，从而形成二类交错的量子阱结构以及分离的能级。当形成的电子基态能级与空穴基态能级之差小于2.8μm波长的光子对应的能量时，就能吸收1.7-2.8μm波长的光。当入射光激发一对电子空穴对之后，载流子被束缚在量子阱中，之后通过热激发或隧穿的机制离开量子阱。

优选地，所述延长短波红外InGaAs阳极接触层、近红外InGaAs阳极接触层采用n型重掺杂的半导体材料。

优选地，所述延长短波红外InGaAs/GaAsSb二类量子阱阴极接触层、近红外InGaAs阴极接触层采用p型重掺杂的半导体材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：