红外探测器的量子点有源区结构、其制作方法及红外探测器技术

技术编号:18291229 阅读:34 留言:0更新日期:2018-06-24 06:41
本发明专利技术提供的一种红外探测器的量子点有源区结构、其制作方法及红外探测器,包括:衬底,所述衬底上具有缓冲层,所述缓冲层上具有第一间隔层,所述第一间隔层上具有一个或多个层叠设置在一起的量子点复合层,所述量子点复合层包括下方的量子点层和上方的第二间隔层,位于最上方的第二间隔层上具有金属层,所述金属层上具有阵列式通孔,所述衬底的背面为光线的入射面;本发明专利技术的结构和制造工艺较简单,且吸收率较高,适用于光电探测器领域。

【技术实现步骤摘要】
红外探测器的量子点有源区结构、其制作方法及红外探测器
本专利技术属于光电探测器的
,尤其涉及一种红外探测器的量子点有源区结构、其制作方法及红外探测器。
技术介绍
随着红外探测技术在军事领域和民用领域的广泛应用,小规模半导体红外光电检测器件的需求量不断增加。近年来,用作小规模光电检测器的光敏区域(有源区域)的量子点材料受到广泛的关注。量子点有源区中的量子点材料由于其量子点纳米结构而具有更优异的光电特性,例如:量子点材料的量子效率越高,光电检测器件的吸收率越大。然而,有时候,传统的量子点有源区带来的吸收率也不能满足红外光电探测器的应用需求。而为了解决这个问题,现有技术通常采用一些工艺复杂、成本高昂的手段来提高红外光电探测器的吸收率,限制了拥有量子点有源区的红外探测器的广泛应用和批量生产。
技术实现思路
本专利技术克服现有技术存在的不足,所要解决的技术问题为:提供一种红外吸收率较高,且结构和制造工艺较简单的红外探测器的量子点有源区结构、其制作方法及红外探测器。为了解决上述技术问题,本专利技术采用的技术方案为:红外探测器的量子点有源区结构,包括:衬底,所述衬底上具有缓冲层,所述缓冲层上具有第一间隔层,所述第一间隔层上具有一个或多个层叠设置在一起的量子点复合层,所述量子点复合层包括下方的量子点层和上方的第二间隔层,位于最上方的第二间隔层上具有金属层,所述金属层上具有阵列式通孔,所述衬底的背面为光线的入射面。优选地,所述金属层的制作材料为Au,或为Ag,或为Al,或为Cu,其厚度为10~40nm。优选地,所述金属层的制作材料为Au。优选地,所述通孔的孔径大小为50~65nm。优选地,所述第一间隔层和所述第二间隔层的制作材料均为Al0.3Ga0.7As,其厚度均为70~85nm。优选地,所述量子点层的数量为多个,其制作材料为GaAs,厚度为5~9nm。优选地,所述衬底的制作材料为Si,或为GaAs。相应地,本专利技术提供的一种红外探测器的量子点有源区结构的制作方法,包括:S101、提供衬底,经过500~600℃的脱氧处理;S102、在600~700℃下生长缓冲层;S103、在缓冲层上生长第一间隔层;S104、在第一间隔层生长一个或多个层叠设置在一起的量子点复合层;其中,生长一个量子点复合层,具体包括:在第一间隔层/第二间隔层上生长量子点层;在量子点层上生长第二间隔层;S105、在位于最上方的第二间隔层上生长金属层;S106、在金属层上形成阵列式通孔。相应地,本专利技术提供的一种红外探测器,所述红外探测器包含如上所述的量子点有源区结构。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果:本专利技术在传统的量子点有源区中加入了金属层,并将金属层设置成孔状结构,采用背面入射的方式,当红外光照射入有源区后,红外光线先穿过量子点有源区再进入金属层,而下面的金属材料和上面的半导体材料构成的界面,以及金属孔和孔内空气之间的界面,可以产生等离子体增强效应,使得量子点有源区中能够局域更多的入射光波,从而导致量子点有源区对入射光的吸收率更高,而将上述这种对红外光具有更高吸收率的量子点有源区应用于红外探测器中,必将使得红外探测器具备更好的光电特性,例如:更好的光电流、更大的量子效率等。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步详细的说明。图1为本专利技术提供的红外探测器的量子点有源区结构实施例的结构示意图;图2为本专利技术提供的具有不同材料金属层的量子点有源区的吸收率仿真结果示意图;图3为本专利技术提供的具有不同厚度金属层的量子点有源区的吸收率仿真结果示意图;图4为本专利技术提供的具有不同孔径大小的金属层阵列式通孔的量子点有源区的吸收率仿真结果示意图;图5为本专利技术提供的具有不同量子点层厚度的量子点有源区的吸收率仿真结果示意图;图6为本专利技术提供的具有不同间隔层厚度的量子点有源区的吸收率仿真结果示意图;图7(a)~7(c)为本专利技术提供的传统量子点有源区和本专利技术量子点有源区的光传输仿真结果示意图;图8A~8G为本专利技术提供的红外探测器的量子点有源区结构的制备流程图;图中:101为衬底,102为缓冲层,103为第一间隔层,104为量子点层,105为第二间隔层,106为金属层,107为通孔。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例,而不是全部的实施例;基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种红外探测器的量子点有源区结构,图1为该量子点有源区结构实施例的结构示意图,如图1所示,所述的红外探测器的量子点有源区结构,可包括:衬底101,所述衬底101上具有缓冲层102,所述缓冲层102上具有第一间隔层103,所述第一间隔层103上具有一个或多个层叠设置在一起的量子点复合层,所述量子点复合层包括下方的量子点层104和上方的第二间隔层105,位于最上方的第二间隔层105上具有金属层106,所述金属层106上具有阵列式通孔107,所述衬底101的背面为光线的入射面。进一步地,所述金属层106的制作材料可为Au,或为Ag,或为Al,或为Cu,其厚度为10~40nm。进一步地,所述通孔107的孔径大小可为50~65nm。进一步地,所述第一间隔层103和所述第二间隔层105的制作材料均可为Al0.3Ga0.7As,其厚度均可为70~85nm。进一步地,所述量子点层104的数量可为多个,其制作材料为GaAs,厚度可为5~9nm。所述量子点层104内包含多个周期性分布或周期性排列的量子点,量子点的层内面密度为1×1010/cm2,量子点的形状一般可为椭圆、圆锥、立方体等形状,厚度可为5~9nm。进一步地,所述缓冲层102的制作材料可为GaAs。在具体实施时,可根据实际需求确定量子点层104的数量。通常地,将一个量子点层104称为一个周期的量子点层。为了达到简明扼要和示意的目的,图1中仅示出了一个周期的量子点层的情况,如图1所示,在第一间隔层103上具有一个量子点复合层,即:第一间隔层103上具有量子点层104,量子点层104上具有第二间隔层105,第二间隔层105上具有金属层106。进一步地,所述衬底101的制作材料可为Si,或为GaAs。本实施例利用CST电磁仿真软件对不同参数下的量子点有源区的吸收率进行了仿真。假设入射光垂直入射到量子点有源区,在忽略损耗的情况下,研究了量子点有源区的反射、透射以及吸收的情况,并对相应的仿真结果进行了归一化处理。图2为具有不同材料金属层的量子点有源区的吸收率仿真结果示意图,其中,曲线①为Ag金属的仿真结果曲线,曲线②为Al金属的仿真结果曲线,曲线③为Cu金属的仿真结果曲线,曲线④为Au金属的仿真结果曲线,参数设置如下:红外波段为200~340Thz,有源区域的面积大小为1000nm×1000nm;第一间隔层和第二间隔层的制作材料为Al0.3Ga0.7As,厚度均为80nm;5个周期的量子点层,该量子点层内包含多个周期性分布或周期排列的量子点,量子点的层内面密度为1×1010/cm2,量子点的形状假设为立方体,量子点层的制作材料为GaAs,厚度为9nm本文档来自技高网...
红外探测器的量子点有源区结构、其制作方法及红外探测器

【技术保护点】
1.红外探测器的量子点有源区结构,包括:衬底(101),其特征在于:所述衬底(101)上具有缓冲层(102),所述缓冲层(102)上具有第一间隔层(103),所述第一间隔层(103)上具有一个或多个层叠设置在一起的量子点复合层,所述量子点复合层包括下方的量子点层(104)和上方的第二间隔层(105),位于最上方的第二间隔层(105)上具有金属层(106),所述金属层(106)上具有阵列式通孔(107),所述衬底(101)的背面为光线的入射面。

【技术特征摘要】
1.红外探测器的量子点有源区结构,包括:衬底(101),其特征在于:所述衬底(101)上具有缓冲层(102),所述缓冲层(102)上具有第一间隔层(103),所述第一间隔层(103)上具有一个或多个层叠设置在一起的量子点复合层,所述量子点复合层包括下方的量子点层(104)和上方的第二间隔层(105),位于最上方的第二间隔层(105)上具有金属层(106),所述金属层(106)上具有阵列式通孔(107),所述衬底(101)的背面为光线的入射面。2.根据权利要求1所述的红外探测器的量子点有源区结构,其特征在于:所述金属层(106)的制作材料为Au,或为Ag,或为Al,或为Cu,其厚度为10~40nm。3.根据权利要求2所述的红外探测器的量子点有源区结构,其特征在于:所述金属层(106)的制作材料为Au。4.根据权利要求1所述的红外探测器的量子点有源区结构,其特征在于:所述通孔(107)的孔径大小为50~65nm。5.根据权利要求1所述的红外探测器的量子点有源区结构,其特征在于:所述第一间隔层(103)和所述第二间隔层(105)的制作材料均为Al0.3Ga0.7As,其厚度均...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘红梅孟田华田翠锋杨春花仝庆华康永强
申请(专利权)人:山西大同大学
类型:发明
国别省市:山西,14

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1