一种具有高吸收率的双波段量子阱红外探测器制造技术

本实用新型专利技术提供的一种具有高吸收率的双波段量子阱红外探测器，包括：第一接触层，第一接触层的背面具有金属反射层，第一接触层的正面具有第一量子阱单元和第一电极，第一量子阱单元上具有公共接触层，公共接触层上具有第二量子阱单元和公共电极，第二量子阱单元上具有第二接触层，第二接触层上具有金属耦合光栅结构和第二电极，金属耦合光栅结构上具有石墨烯层；本实用新型专利技术中的量子阱红外探测器的吸收效率不仅相较于传统的量子阱红外探测器得到了大大地提高，而且还能实现中波频段和长波频段的红外光的探测，在实际环境中具有较大的应用价值；适用于半导体光电探测器领域。

A Two-band Quantum Well Infrared Detector with High Absorption Rate

The utility model provides a dual-band quantum well infrared detector with high absorptivity, which comprises a first contact layer, a metal reflective layer on the back of the first contact layer, a first quantum well unit and a first electrode on the front of the first contact layer, a common contact layer on the first quantum well unit, a second quantum well unit and a common electrode on the common contact layer, and a second quantum well unit and a common electrode on the common contact layer. The quantum well unit has a second contact layer, a metal-coupled grating structure and a second electrode on the second contact layer, and a graphene layer on the metal-coupled grating structure. The absorption efficiency of the quantum well infrared detector in the utility model is greatly improved compared with the traditional quantum well infrared detector, and it can also realize the infrared light in the middle and long bands. It has great application value in practical environment and is suitable for the field of semiconductor photodetectors.

【技术实现步骤摘要】
一种具有高吸收率的双波段量子阱红外探测器
本技术涉及半导体光电探测器的
，具体涉及一种具有高吸收率的双波段量子阱红外探测器。
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，量子阱探测器受到广泛的关注。量子阱红外探测器通过量子阱结构域掺杂的设计，在量子阱内形成特定的子能级，利用量子阱导带(或价带)内子能带间或子能带到扩展态间的电子(或空穴)跃迁，这样在红外光的作用下，可以发生量子阱内子能级之间或者子能级到连续态之间的跃迁，这些受激发的载流子在偏压作用下被收集形成光电流；因此，量子阱红外探测器具有稳定性好、响应速度快、抗辐射和易制作大面积焦平面阵列等优点。一般来说，在量子阱红外探测器中，单纯的量子阱单元不能直接吸收垂直入射的光，要想吸收垂直入射光，需要加入耦合结构，而普通的光栅耦合结构(例如：玻璃光栅)虽然对入射光具有反射和衍射作用，但是仅仅这样是不够的，其吸收率也不能满足红外光电探测器的应用需求。针对这个问题，传统的量子阱红外探测器采用的手段是使用金属光栅结构，金属光栅结构除了对入射光具有反射和衍射作用以外，还具有等离子体效应，能够将入射光耦合到底下的量子阱区域中。但是由于金属光栅结构本身的特性，会对入射光具有一定的衰减，尤其对于中长波段红外光来说，金属光栅结构对光的局域性非常小，大多数时候入射光还没来得及穿透量子阱层就已经衰减完毕，使得量子阱单元对入射光的吸收率非常低。此外，在传统的量子阱红外探测器中，量子阱单元通常直接生长在衬底上，当入射光入射到量子阱单元后，一部分入射光被吸收，经过量子阱吸收之后剩余的入射光在量子阱单元的最下层和衬底交接的地方会发生投射和反射，其中，反射光被反射回量子阱单元中进行再次吸收，而透射光从量子阱单元进入衬底中被消耗掉，因为透射光在传统的量子阱探测器中占据了一定的比例，所以导致传统的量子阱红外探测器吸收效率低下。除此之外，传统的量子阱探测器因为量子阱单元结构固定，只能针对固定波长的红外光进行探测，在应用过程中具有很大的限制性，一个探测器不能实现多频段的探测。
技术实现思路
针对相关技术中存在的不足，本技术所要解决的技术问题在于：提供一种能够实现中波红外和长波红外探测，且具有较高吸收效率的双波段量子阱红外探测器。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案为：一种具有高吸收率的双波段量子阱红外探测器，包括：第一接触层，所述第一接触层的背面具有金属反射层，所述第一接触层的正面具有第一量子阱单元和第一电极，所述第一量子阱单元上具有公共接触层，所述公共接触层上具有第二量子阱单元和公共电极，所述第二量子阱单元上具有第二接触层，所述第二接触层上具有金属耦合光栅结构和第二电极，所述金属耦合光栅结构上具有石墨烯层。优选地，所述金属耦合光栅结构包括：由多个金属块组成的阵列式结构，所述金属块为正方块，每个金属块的厚度为0.05μm～0.15μm，相邻两个金属块的同侧边之间的距离为0.55μm～1.15μm。优选地，所述金属反射层的制作材料为Au材料，其厚度为50nm～150nm。优选地，所述第一量子阱单元包括：上下设置的两层第一势垒层以及位于两层第一势垒层之间的第一势阱层，所述两层第一势垒层的制作材料均为Al0.21Ga0.79As材料，其厚度为10nm～50nm，所述第一势阱层的制作材料为GaAs材料，其厚度为1nm～9nm；所述第二量子阱单元包括：上下设置的两层第二势垒层以及位于两层第二势垒层之间的第二势阱层，所述两层第二势垒层的制作材料均为Al0.35Ga0.85As材料，其厚度为4nm～10nm，所述第二势阱层的制作材料为GaAs材料，其厚度为30nm～60nm。优选地，所述第一接触层的制作材料为n-GaAs材料，其厚度为100nm～200nm。优选地，所述第二接触层的制作材料为n-GaAs材料，其厚度为100nm～200nm。优选地，所述公共接触层的制作材料为n-GaAs材料，其厚度为100nm～200nm。优选地，所述第一电极的制作材料为Au材料，其厚度为50nm～150nm。优选地，所述第二电极的制作材料为Au材料，其厚度为50nm～150nm。优选地，所述公共电极的制作材料为Au材料，其厚度为50nm～150nm。本技术的有益技术效果在于：本技术中的量子阱红外探测器是在第一接触层的正面设置第一量子阱单元作为长波红外光的吸收区，背面设置金属反射层，在第一量子阱单元的上方设置第二量子阱单元作为中波红外光的吸收区，在红外光的入射面设置了石墨烯层，由于石墨烯的等离子体增强效应需要光栅结构去激发，因此在石墨烯层的下方设置了金属耦合光栅结构，在整个探测器中，中波红外光的探测输出信号通过第二电极和公共电极导出至外部信号，长波红外光的探测输出信号通过第一电极和公共电极导出至外部信号；对于中长波段红外光来说，石墨烯及其底下的金属光栅结构不仅具有反射、衍射作用，还具有较强的等离子体增强效应，由于它们结合在一起对于中长波段红外光的衰减效力较小、局域性较大，能够很好地将入射光耦合到底下的量子阱区域中；此外，当石墨烯层的等离子增强效应被底下的金属光栅结构激发出来时，同时金属光栅结构本身也具有一定的等离子体增强效应，这种两个等离子体增强效应同时激发的混合结构，更加能够对入射光具有较强的局域性。当中波频段的入射光入射到量子阱区域中后，一部分中波入射光被第二量子阱单元吸收，经过量子阱吸收之后剩余的入射光在第二量子阱单元的最下层和公共接触层交接的地方会发生投射和反射，其中，反射光被反射回第二量子阱单元中进行再次吸收，而透射光从第二量子阱单元进入下方的金属反射层，该金属反射层会将接收到的透射光又反射回第二量子阱单元中，使得中波频段的入射光能够最大程度地被局限在第二量子阱单元中，增强了第二量子阱单元对中波红外光的吸收率。同理，当长波频段的入射光入射到量子阱区域中后，一部分长波入射光被第一量子阱单元吸收，经过量子阱吸收之后剩余的入射光在第一量子阱单元的最下层和第一接触层交接的地方会发生投射和反射，其中，反射光被反射回第一量子阱单元中进行再次吸收，而透射光从第一量子阱单元进入底下的金属反射层，该金属反射层会将接收到的透射光又反射回第一量子阱单元中，使得长波频段的入射光能够最大程度地被局限在第一量子阱单元中，增强了第一量子阱单元对中波红外光的吸收率。综上，本技术中的量子阱红外探测器的吸收效率不仅相较于传统的量子阱红外探测器得到了大大地提高，而且还能实现中波频段和长波频段的红外光的探测，在实际环境中具有较大的应用价值。附图说明图1是本技术实施例一提供的一种具有高吸收率的双波段量子阱红外探测器的结构示意图；图2是图1中金属耦合光栅结构的俯视示意图；图3是本技术实施例一提供的一种具有高吸收率的双波段量子阱红外探测器的吸收率的仿真结果曲线图；图中：101为第一接触层，102为金属反射层，1031为第一量子阱单元，1032为第二量子阱单元，104为第一电极，105为第二接触层，106为石墨烯层，107为第二电极，108为公共接触层，109为公共电极，110为金属耦合光栅结构。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高吸收率的双波段量子阱红外探测器，其特征在于：包括：第一接触层(101)，所述第一接触层(101)的背面具有金属反射层(102)，所述第一接触层的正面具有第一量子阱单元(1031)和第一电极(104)，所述第一量子阱单元(1031)上具有公共接触层(108)，所述公共接触层(108)上具有第二量子阱单元(1032)和公共电极(109)，所述第二量子阱单元(1032)上具有第二接触层(105)，所述第二接触层(105)上具有金属耦合光栅结构(110)和第二电极(107)，所述金属耦合光栅结构(110)上具有石墨烯层(106)；所述第一量子阱单元(1031)包括：上下设置的两层第一势垒层以及位于两层第一势垒层之间的第一势阱层，所述两层第一势垒层的制作材料均为Al0.21Ga0.79As材料，其厚度为10nm～50nm，所述第一势阱层的制作材料为GaAs材料，其厚度为1nm～9nm；所述第二量子阱单元(1032)包括：上下设置的两层第二势垒层以及位于两层第二势垒层之间的第二势阱层，所述两层第二势垒层的制作材料均为Al0.35Ga0.85As材料，其厚度为4nm～10nm，所述第二势阱层的制作材料为GaAs材料，其厚度为30nm～60nm。...

【技术特征摘要】
1.一种具有高吸收率的双波段量子阱红外探测器，其特征在于：包括：第一接触层(101)，所述第一接触层(101)的背面具有金属反射层(102)，所述第一接触层的正面具有第一量子阱单元(1031)和第一电极(104)，所述第一量子阱单元(1031)上具有公共接触层(108)，所述公共接触层(108)上具有第二量子阱单元(1032)和公共电极(109)，所述第二量子阱单元(1032)上具有第二接触层(105)，所述第二接触层(105)上具有金属耦合光栅结构(110)和第二电极(107)，所述金属耦合光栅结构(110)上具有石墨烯层(106)；所述第一量子阱单元(1031)包括：上下设置的两层第一势垒层以及位于两层第一势垒层之间的第一势阱层，所述两层第一势垒层的制作材料均为Al0.21Ga0.79As材料，其厚度为10nm～50nm，所述第一势阱层的制作材料为GaAs材料，其厚度为1nm～9nm；所述第二量子阱单元(1032)包括：上下设置的两层第二势垒层以及位于两层第二势垒层之间的第二势阱层，所述两层第二势垒层的制作材料均为Al0.35Ga0.85As材料，其厚度为4nm～10nm，所述第二势阱层的制作材料为GaAs材料，其厚度为30nm～60nm。2.根据权利要求1所述的一种具有高吸收率的双波段量子阱红外探测器，其特征在于：所述金属耦合光栅结构(110)包括：由多个金属块组成的阵列式结构，所述金属块为...

【专利技术属性】
技术研发人员：武阳，李平舟，刘红梅，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61