專利名稱：銦鎵砷/銦鋁砷耦合量子點紅外探測器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電探測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及
銦鎵砷/銦鋁砷(InGaAs/InAlAs )耦合量子點紅外探 測器及其制備方法。
背景技術(shù)：
紅外探測器在夜間攝像、軍事偵察、火災(zāi)預(yù)測、 采集火山和礦藏信息、癌癥診斷和天文學(xué)研究等很多 領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用價值。目前廣泛應(yīng)用的紅外探測 器是碲鎘汞(HgCdTe )探測器和鎵砷/鋁鎵砷 (GaAs/AlGaAs )量子阱紅夕卜探湖!)器，InGaAs量子點紅 外探測器的研究也在廣泛開展。
InGaAs量子點紅外探測器是利用InGaAs量子點導(dǎo) 帶中電子吸收紅外輻射光子后在子能級之間躍遷或者 子能級躍遷到連續(xù)態(tài)，這些光激發(fā)電子累積形成光電
流，從了探測出紅外輻射源的信息。理論上量子點探 測器相對于量子阱探測器的優(yōu)勢在于1 .量子點外形 呈島狀，對垂直入射的紅外輻射的敏感，因此量子點 紅外探測器不需要制作表面光柵來耦合垂直入射光 波；2 .量子點中的載流子束縛在納米量級的三維勢阱
中，量子尺寸效應(yīng)使得其中的子能級之間間隔很大， 量子點對注入電子的捕獲率低于量子阱對注入電子的
捕獲率，因此，量子點紅外探測器的光電子增益較大； 3 .量子點中電子的熱激活能高，導(dǎo)致量子點紅外探
度被提高。但是目前 InGaAs量子點紅外探測器的工作性能仍然低于碲鎘汞 (HgCdTe)探測器以及GaAs/AlGaAs量子阱紅外探測 器，其主要原因是1 .目前自組織生長的量子點密度 較低，均勻性不理想，這些都極大地限制了量子點紅 外探測器對紅外輻射的峰值吸收系數(shù)和光電流密度； 2 .量子點紅外探測器中需要加入禁帶寬度較大的 GaAlAs材料來降低其中的暗電流，提高量子點紅外探 測器的探測率。因此增加量子點的密度和均勻性，抑 制暗電流將顯著提高量子點紅外探測器性能。
我們在GaAs上生長的InAlAs量子點的密度達(dá)至U 1011cm- 2量級，遠(yuǎn)高于直接生長在GaAs上的 InGaAs量子點的密度，而且具有很好的均勻性。利用InAlAs 量子點通過 GaAs 間隔層將應(yīng)變場傳遞給 InGaAs量子點，這種垂直耦合效應(yīng)將提高工nGaAs量子 點的密度和均勻性，相應(yīng)地提高量子點紅外探測器的 性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種InGaAs/InAlAs耦 合量子點紅外探測器及其制備方法。該InGaAs/InAlAs 耦合量子點紅外探測器一方面利用InGaAs量子點和 InAlAs量子點種子層之間的垂直耦合效應(yīng)來增加 InGaAs量子點的密度并改善量子點的均勻性，相應(yīng)地 提高量子點探測器對紅外輻射的吸收系數(shù)和光電流密 度；另一方面利用InAlAs材料的禁帶寬度大于GaAs 和InGaAs材料的禁帶寬度的性質(zhì)，降低I nGaA s / I n A 1 A s 耦合量子點紅外探測器中的暗電流。
本發(fā)明 一 種銦鎵砷/銦鋁砷耦合量子點紅外探測 器，其特征在于，該探測器包括
一 GaAs襯底，該GaAs襯底作為銦鎵砷/銦鋁砷耦 合量子點紅外探測器的載體；
一 n + GaAs下接觸層，該n + GaAs下接觸層生長在 GaAs襯底上，作為緩沖層消除半絕緣GaAs襯底引起的 界面缺陷；該n + GaAs下接觸層中重?fù)诫s施主Si原子；- 多周期光電流產(chǎn)生區(qū)，該多周期光電流產(chǎn)生區(qū)
生長在n + GaAs下接觸層上，其作用是吸收紅外輻射并
產(chǎn)生光電子；
—n + GaAs上接角蟲層，該n + GaAs上接觸層生長在
多周期光電流產(chǎn)生區(qū)上，保護(hù)多周期光電流產(chǎn)生區(qū)
該n + GaAs上接觸層中重?fù)诫sSi原子；
—上電極，該上電極制作在n + GaAs上接觸層上，
呈方框形，面積很小，幾乎不影響紅外輻射垂直入射
到多周期光電流產(chǎn)生區(qū)，收集并輸出多周期光電流產(chǎn)
生區(qū)產(chǎn)生的光電流信號；
—下電極，該下電極制作在n + GaAs下接觸層上形
成的臺階的 一 側(cè)，和上電極 一 起給多周期光電流產(chǎn)生
區(qū)施加偏壓。
其中所述的n + GaAs下接觸層、多周期光電流產(chǎn)生
區(qū)、n +GaAs上接觸層是利用分子束外延或者金屬有機
物化學(xué)氣相外延方法生長的。
其中所述的多周期光電流產(chǎn)生區(qū)的每 一 周期包
括
一 InAlAs量子點，該InAlAs量子點最初生長在 n + GaAs下接觸層上，從第二周期開始生長在前 一 周期 的GaAs上間隔層上；該InAlAs量子點作為種子層來 提高InGaAs量子點的面密度；該InAlAs量子點作為暗電流阻擋層降低InGaAs/InAlAs耦合量子點紅外探 測器中的暗電流 ，
一 GaAs下間隔層，該GaAs下間隔層生長在InAlAs 量子點上，其厚度決定了 InAlAs量子點和InGaAs量 子點的耦合強度，影響InGaAs量子點的密度和均勻性；
一 InGaAs量子點層，該InGaAs量子點層生長在 GaAs下間隔層上，其作用吸收紅外輻射并產(chǎn)生光電子； 該InGaAs量子點層中摻雜施主Si原子提供電子到 InGaAs量子點層中的子能級上；
一 GaAs上間隔層，該GaAs上間隔層生長在InGaAs 量子點層上，作為勢壘層限制著InGaAs量子點層中的 載流子。
其中所述的InGaAs量子點層中In組分為3 0 %至 1 0 0 %， In組分的變化會引起該InGaAs量子點層導(dǎo) 帶中子能級間隔的變化，從而改變InGaAs/InAlAs耦 合量子點紅外探測器的探測波長。
其中所述的多周期光電流產(chǎn)生區(qū)的周期數(shù)為l 0 至1 0 0 ，周期數(shù)目適度增加會增大其對紅外輻射的 吸收并增強光電流信號強度。
本發(fā)明 一 種銦鎵砷/銦鋁砷耦合量子點紅外探測 器的制備方法，其特征在于，制備步驟如下
步驟1 :生長材料利用分子束外延或者金屬有
機物化學(xué)氣相外延方法在 GaAs襯底上依次生長一 n + GaAs下接觸層、 一多周期光電流產(chǎn)生區(qū)、一n + GaAs
上接觸層；
步驟2 :刻蝕在量子點探測器樣品上in + G3A s上
接觸層開始，利用光刻和濕法腐蝕工藝刻蝕，其深度
達(dá)到n + GaAs下接觸層中，即在n + GaAs下接觸層上刻
蝕形成 一 臺階；
步驟3 :在樣品表面均勻地涂上光刻膠曝光后
分別在n + GaAs上接觸層和臺階上形成上電極圖形和下
電極圖形，用于蒸鍍上電極和下電極； 步驟4 :蒸鍍電極材料利用濺射或者菡 、發(fā)方
法在樣品表面蒸鍍Au/Ge/Ni合金或者電極材料
步驟5 :去除光刻膠上沉積的電極材料利用丙
酮等有機溶劑浸泡并輔助超聲清洗去除光刻膠上沉積
的電極材料，分別在n+ GaAs上接觸層和臺階上保留
上電極和下電極；
步驟6 :清洗、烘干樣品，完成銦鎵砷/銦鋁砷稱
合子點紅外探測器的制作工藝。
其中所述的多周期光電流產(chǎn)生區(qū)的每周期包
括
一 InAlAs量子點，該InAlAs量子點最初生長在 n + GaAs下接觸層上，從第二周期開始生長在前一周期的GaAs上間隔層上；該InAlAs量子點作為種子層來 提高InGaAs量子點的面密度；該InAlAs量子點作為 暗電流阻擋層降低銦鎵砷/銦鋁砷耦合量子點紅外探 測器中的暗電流；
一 GaAs下間隔層，該GaAs下間隔層生長在InAlAs 量子點上，其厚度決定了 InAlAs量子點和InGaAs量 子點的耦合強度，影響InGaAs量子點的密度和均勻性；
一 InGaAs量子點層，該InGaAs量子點層生長在 GaAs下間隔層上，其作用吸收紅外輻射并產(chǎn)生光電子； 該 InGaAs量子點層中摻雜施主 Si原子提供電子到 InGaAs量子點層中的子能級上；
一 GaAs上間隔層，該GaAs上間隔層生長在InGaAs 量子點層上，作為勢壘層限制著InGaAs量子點層中的 載流子。
其中所述的InGaAs量子點層中In組分為3 0 %至 1 0 0 %， In組分的變化會引起該InGaAs量子點層導(dǎo) 帶中子能級間隔的變化，從而改變銦鎵砷/銦鋁砷耦合 量子點紅外探測器的探測波長。
其中所述的多周期光電流產(chǎn)生區(qū)的周期數(shù)為1 0 至1 0 0 ，周期數(shù)目適度增加會增大其對紅外輻射的
吸收并增強光電流信號強度。
其中所述的步驟1中的多周期光電流產(chǎn)生區(qū)中的
InAlAs量子點和InGaAs量子點都是在外延生長過程中 自組織形成量子點。
其中所述的步驟5中形成的上電極是面積很小的 方框形電極，不僅使紅外輻射通過n + GaAs上接觸層垂 直入射到多周期光電流產(chǎn)生區(qū)，而且收集和輸出多周 期光電流產(chǎn)生區(qū)產(chǎn)生的光電流信號。
本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是通過InGaAs量子 點和 InAlAs量子點種子層的垂直耦合效應(yīng)來增加 InGaAs量子點的密度、均勻性和高寬比，實現(xiàn)提高量 子點探測器對紅外輻射的吸收系數(shù)和光電流密度；而 且InAlAs量子點禾中子層也降低了 InGaAs/InAlAs稱合 量子點紅外探測器的暗電流。
為進(jìn) 一 步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合 附圖詳細(xì)說明如后，其中
圖1是本發(fā)明的 InGaAs/InAlAs耦合量子點紅外 探測器的截面結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的InGaAs/InAlAs耦合量子點紅外 探測器的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面本發(fā)明將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的各個組成部 分的作用和實施方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
如圖1所示的InGaAs/InAlAs耦合量子點紅外探 測器，包括GaAs襯底1 0 、 n + GaAs下接觸層2 0 、由 InAlAs量子點3 1 、 GaAs下間隔層3 2 、 InGaAs量子 點3 3禾卩GaAs上間隔層3 4組成的多周期光電流產(chǎn)生 區(qū)3 0 ， n + GaAs上接觸層4 0、以及上電極5 0禾口下 電極5 1。其特征在于，其中
GaAs襯底1 0是InGaAs/InAlAs稱合量子點紅夕卜 探測器的載體。
n + GaAs下接觸層2 0是直接生長GaAs襯底1 0 上，該n + GaAs下接觸層2 0的厚度通常大于1 0 Qnm， 作為緩沖層避免襯底引起的界面缺陷對 InGaAs/InAlAs耦合量子點紅外探測器的影響；該 n + GaAs下接觸層2 O中重?fù)诫s施主Si原子提高其導(dǎo)電 性；利用光刻和濕法腐蝕工藝在該n + GaAs下接觸層2 0上刻蝕出方框形臺階2 1陣列，用于蒸鍍下電極5 1。如圖1和圖2所示，每個臺階2 l圍著一個獨立 的InGaAs/InAl As耦合量子點紅外探測器管芯。
多周期光電流產(chǎn)生區(qū)3 0的每一周期包括InAlAs 量子點3 1 、 GaAs下間隔層3 2 、 InGaAs量子點3 3和GaAs上間隔層3 4 。多周期光電流產(chǎn)生區(qū)3 0的周 期數(shù)為1 0至1 Q Q ，周期數(shù)目增加會增大其對紅外 輻射的吸收并增強光電流信號強度。
其中，InAlAs量子點3 1在第 一 周期中是生長在 n+ GaAs下接觸層2 0上，在隨后的周期中是生長在前 —周期的GaAs上間隔層3 4上，其密度達(dá)到1 0 1 1 cm- 2量級，遠(yuǎn)高于直接生長在GaAs上的InGaAs量子 點3 3的密度，而且InAlAs量子點3 1具有很好的均 勻性。該InAlAs量子點3 1通過GaAs下間隔層3 2 將應(yīng)變場傳遞給InGaAs量子點3 3 ，這種垂直耦合效 應(yīng)提高了 InGaAs量子點3 3的密度和均勻性。
GaAs下間隔層3 2生長在InAlAs量子點3 1上， 其厚度決定了 InAlAs量子點3 1和InGaAs量子點3 3的耦合強度，影響InGaAs量子點3 3的密度和均勻 性。
InGaAs量子點3 3 生長在GaAs下間隔層3 2 上，InGaAs量子點3 3中In和Ga的比例的變化影響 著InGaAs量子點3 3中子能級的能量和間隔，即通過 改變 InGaAs 量子點3 3中 I n禾Q Ga 的比例使 InGaAs/InAlAs耦合量子點紅外探測器的探測波長分 布在8- 1 4|im之間的大氣窗口內(nèi)。InGaAs量子點3 3中摻雜施主Si原子提供電子到其中的子能級上。 GaAs上間隔層3 4主要起到勢壘和緩沖應(yīng)力作 用。該GaAs上間隔層3 4的厚度為3 0至5 0 nm就 能夠有效地限制住InGaAs量子點3 3中的電子，降低 InGaAs量子點3 3中電子受熱輔助隧穿而形成的暗電 流，而且避免了由于多周期光電流產(chǎn)生區(qū)3 0中因晶 格失配產(chǎn)生的應(yīng)力累積而引起的缺陷。該GaAs上間隔 層3 4的厚度太薄就不能起到勢壘和緩沖應(yīng)力作用， 太厚會降低光電子穿越多周期光電流產(chǎn)生區(qū)3 0的幾 率，影響了光電流信號的強度。
n + GaAs上接觸層4 0起到蒸鍍上電極5 0并保護(hù) 量子點探測器中光電流產(chǎn)生區(qū)3 0的作用，該n + GaAs 上接觸層4 0中摻雜施主Si原子提高其導(dǎo)電性能；
上電極5 0和下電極5 1分別與n + GaAs上接觸層 4 0和n + GaAs下接觸層2 0上的臺階2 l形成歐姆接 觸，從而提高施加偏壓和輸出光電流信號的效果；
在 InGaAs/InAlAs耦合量子點紅外探測器的上電 極5 0禾卩下電極5 1上壓焊金屬引線后，將 InGaAs/InAlAs耦合量子點紅外探測器放置在杜瓦瓶 中，并將金屬引線連接到杜瓦瓶的輸入/輸出電極上來 實現(xiàn)施加偏壓和采集光電流信號。InGaAs/工nAlAs耦合 量子點紅外探測器在杜瓦瓶中維持在7 7 K或者更低 溫度下工作，這將盡可能地降低由熱激發(fā)和熱輔助隧 穿而產(chǎn)生的暗電流，提高 InGaAs/InAlAs耦合量子點 紅外探測器的探測率等性能。
請再參閱圖1禾B圖2所示，本發(fā)明的 InGaAs/InAlAs耦合量子點紅外探測器的制備方法，制 備步驟如下
步驟l:生長材料利用分子束外延或者金屬有機物化學(xué)氣相外延方法在GaAs襯底1 0上依次生長一 n + GaAs下接觸層2 0 、 一多周期光電流產(chǎn)生區(qū)3 0 、 一 n + GaAs上接觸層4 0;其中多周期光電流產(chǎn)生區(qū)3 0包括InAlAs量子點3 1 、GaAs下間隔層3 2 、InGaAs 量子點3 3禾卩Ga A s上間隔層3 4 。 I n A1A s量子點3 1 和InGaAs量子點3 3是在外延生長過程中，由于 InAlAs禾fl InGaAs材料與 GaAs的晶格失配引起的 Stranski-Krastanow(S-K)模式的自組織形成的；
步驟2 :刻蝕在量子點探測器樣品上n + GaAs上 接觸層4 0開始，利用光刻和濕法腐蝕工藝周期性地 刻蝕，其深度達(dá)至!J n + GaAs下接觸層2 0中，即在n + GaAs 下接觸層2 0上刻蝕形成 一 臺階2 1 ;
步驟3 :在樣品表面均勻地涂上光刻膠，曝光、 顯影后分別在n + GaAs上接觸層4 0和臺階2 1上形成 上電極圖形和下電極圖形；
步驟4 :蒸鍍電極材料利用濺射或者熱蒸發(fā)方
法在樣品表面蒸鍍Au/Ge/Ni合金或者其它電極材料；
步驟5 :去除光刻膠上沉積的電極材料利用丙 酮等有機溶劑浸泡并輔助超聲清洗去除光刻膠上沉積
的電極材料，分別在n + GaAs上接觸層4 0和臺階2 1 上形成的上電極5 0和下電極5 1 ;
步驟6:清洗、烘干樣品，完成 InGaAs/InAlAs 耦合量子點紅外探測器的制作工藝。
在具體實施案例中將說明利用InGaAs/InAlAs耦 合量子點紅外探測器實現(xiàn)探測紅外輻射信號的工作過 程。本發(fā)明的InGaAs/InAlAs耦合量子點紅外探測器 實現(xiàn)探測紅外輻射信號的工作過程如下將 InGaAs/工nAlAs耦合量子點紅外探測器放置在杜瓦瓶 中，通過金屬引線把InGaAs/InAlAs耦合量子點紅外 探測器的上電極5 0和下電極5 1連接到杜瓦瓶的輸
入/輸出電極上；給杜瓦瓶抽真空后注入液氮，使 InGaAs/InAlAs耦合量子點紅外探測器的工作溫度維 持在7 7 K附近 ，將測試系統(tǒng)連接在杜瓦瓶的輸入/輸 出電極上來實現(xiàn)施加偏壓和采集光電流信號；紅外輻 射信號垂直于圖1所示的InGaAs/InAlAs耦合量子點 紅外探測器的n + GaAs上接觸層4 0入射到多周期光電 流產(chǎn)生區(qū)3 0，被其中的InGaAs量子點3 3中束縛在 子能級上的電子吸收后躍遷到更高的子能級上，或躍
遷出到連續(xù)態(tài)中；這些吸收紅外輻射而躍遷產(chǎn)生的電 子受到上電極5Q和下電極51所施加的偏壓驅(qū)動， 匯集成光電流從上電極5 0輸出；通過改變上電極5
0和下電極5 1之間的偏壓調(diào)節(jié) InGaAs/InAlAs耦合 量子點探測器的探測波長。
權(quán)利要求
1. 一種銦鎵砷/銦鋁砷耦合量子點紅外探測器，其特征在于，該探測器包括一GaAs襯底，該GaAs襯底作為銦鎵砷/銦鋁砷耦合量子點紅外探測器的載體；一n+GaAs下接觸層，該n+GaAs下接觸層生長在GaAs襯底上，作為緩沖層消除半絕緣GaAs襯底引起的界面缺陷；該n+GaAs下接觸層中重?fù)诫s施主Si原子；一多周期光電流產(chǎn)生區(qū)，該多周期光電流產(chǎn)生區(qū)生長在n+GaAs下接觸層上，其作用是吸收紅外輻射并產(chǎn)生光電子；一n+GaAs上接觸層，該n+GaAs上接觸層生長在多周期光電流產(chǎn)生區(qū)上，保護(hù)多周期光電流產(chǎn)生區(qū)；該n+GaAs上接觸層中重?fù)诫sSi原子；一上電極，該上電極制作在n+GaAs上接觸層上，呈方框形，面積很小，幾乎不影響紅外輻射垂直入射到多周期光電流產(chǎn)生區(qū)，收集并輸出多周期光電流產(chǎn)生區(qū)產(chǎn)生的光電流信號；一下電極，該下電極制作在n+GaAs下接觸層上形成的臺階的一側(cè)，和上電極一起給多周期光電流產(chǎn)生區(qū)施加偏壓。
2 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的銦鎵砷/銦鋁砷耦合量子點紅外探測器，其特征在于，其中所述的n + GaAs下 接觸層、多周期光電流產(chǎn)生區(qū)、n + GaAs上接觸層是利 用分子束外延或者金屬有機物化學(xué)氣相外延方法生長 的。
3 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的銦鎵砷/銦鋁砷耦合量 子點紅外探測器，其特征在于，其中所述的多周期光 電流產(chǎn)生區(qū)的每 一 周期包括一 InAlAs量子點，該InAlAs量子點最初生長在 n + GaAs下接觸層上，從第二周期開始生長在前 一 周期 的GaAs上間隔層上；該InAlAs量子點作為種子層來 提高InGaAs量子點的面密度；該InAlAs量子點作為 暗電流阻擋層降低InGaAs/InAlAs耦合量子點紅外探 測器中的暗電流；一 GaAs下間隔層，該GaAs下間隔層生長在InAlAs 量子點上，其厚度決定了 InAlAs量子點和InGaAs量 子點的耦合強度，影響InGaAs量子點的密度和均勻性；一 InGaAs量子點層，該InGaAs量子點層生長在 GaAs下間隔層上，其作用吸收紅外輻射并產(chǎn)生光電子； 該 InGaAs量子點層中摻雜施主 Si原子提供電子到 InGaAs量子點層中的子能級上；一 GaAs上間隔層，該GaAs上間隔層生長在InGaAs 量子點層上，作為勢壘層限制著InGaAs量子點層中的 載流子。
4 .根據(jù)權(quán)利要求3所述的銦鎵砷/銦鋁砷耦合量 子點紅外探測器，其特征在于，其中所述的InGaAs量 子點層中In組分為3 Q %至1 0 0 %， In組分的變化會 引起該InGaAs量子點層導(dǎo)帶中子能級間隔的變化，從 而改變InGaAs/InAlAs耦合量子點紅外探測器的探測 波長。
5 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的銦鎵砷/銦鋁砷耦合量 子點紅外探測器，其特征在于，其中所述的多周期光 電流產(chǎn)生區(qū)的周期數(shù)為1 0至1 0 0 ，周期數(shù)目適度 增加會增大其對紅外輻射的吸收并增強光電流信號強 度。
6 . —種銦鎵砷/銦鋁砷耦合量子點紅外探測器的 制備方法，其特征在于，制備步驟如下步驟1 :生長材料利用分子束外延或者金屬有 機物化學(xué)氣相外延方法在GaAs襯底上依次生長一 n + GaAs下接觸層、 一 多周期光電流產(chǎn)生區(qū)、一 n + GaAs 上接觸層；步驟2 :刻蝕在量子點探測器樣品上n + GaAs上 接觸層開始，利用光刻和濕法腐蝕工藝刻蝕，其深度達(dá)至ij n + GaAs下接觸層中，即在n + GaAs下接觸層上刻蝕形成 一 臺步驟 3在樣品表面均勻地涂上光刻膠，曝光后分別在n + GaAs上接觸層和臺階上形成上電極圖形和下電極圖形，用于蒸鍍上電極和下電極；步驟4:蒸鍍電極材料利用濺射或者發(fā)方法在樣品表面蒸鍍Au/Ge/Ni合金或者電極材料；步驟5:去除光刻膠上沉積的電極材料:利用丙酮等有機溶劑浸泡并輔助超聲清洗去除光刻膠上沉積的電極材料分別在n+ GaAs上接觸層和臺階上保留上電極和下電極；步驟6清洗、烘干樣品，完成銦鎵砷/銦鋁砷稱合子點紅外探測器的制作工藝。
7 .根據(jù)權(quán)利要求6所述的銦鎵砷/銦鋁砷耦合量子點紅外探測器的制備方法，其特征在于，其中所述的多周期光電流產(chǎn)生區(qū)的每一周期包括一 InAlAs量子點，該InAlAs量子點最初生長在 n + GaAs下接觸層上，從第二周期開始生長在前一周期 的GaAs上間隔層上；該InAlAs量子點作為種子層來 提高InGaAs量子點的面密度；該InAlAs量子點作為 暗電流阻擋層降低銦鎵砷/銦鋁砷耦合量子點紅外探 測器中的暗電流；一 GaAs下間隔層，該GaAs下間隔層生長在InAlAs 量子點上，其厚度決定了 InAlAs量子點和InGaAs量 子點的耦合強度，影響InGaAs量子點的密度和均勻性；一 InGaAs量子點層，該InGaAs量子點層生長在 GaAs下間隔層上，其作用吸收紅外輻射并產(chǎn)生光電子； 該InGaAs量子點層中摻雜施主Si原子提供電子到 InGaAs量子點層中的子能級上；一 GaAs上間隔層，該GaAs上間隔層生長在InGaAs 量子點層上，作為勢壘層限制著InGaAs量子點層中的 載流子。
8 .根據(jù)權(quán)利要求6所述的銦鎵砷/銦鋁砷耦合量 子點紅外探測器的制備方法，其特征在于，其中所述 的 InGaAs量子點層中 In組分為3 0 °/。至1 0 0 %， In 組分的變化會引起該InGaAs量子點層導(dǎo)帶中子能級間 隔的變化，從而改變銦鎵砷/銦鋁砷耦合量子點紅外探 測器的探測波長。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的銦鎵砷/銦鋁砷稱合子點、紅外探測器的制備方法，其特征在于，苴 z 、中所述的多周期光電流產(chǎn)生區(qū)的周期數(shù)為1 0至100，周期數(shù)百適度增加會增大其對紅外輻射的吸收并增強光電流信號強度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的銦鎵砷/銦辛呂砷孝禺合量子點紅外探測器的制備方法，其特征在于，其中所述的步驟l中的多周期光電流產(chǎn)生區(qū)中的InAlAs量子 點和InGaAs量子點都是在外延生長過程中自組織形成 量子點。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的銦鎵砷/銦鋁砷耦合 量子點紅外探測器的制備方法，其特征在于，其中所 述的步驟5中形成的上電極是面積很小的方框形電 極，不僅使紅外輻射通過n + GaAs上接觸層垂直入射到 多周期光電流產(chǎn)生區(qū)，而且收集和輸出多周期光電流 產(chǎn)生區(qū)產(chǎn)生的光電流信號。
全文摘要
一種銦鎵砷/銦鋁砷耦合量子點紅外探測器，包括一GaAs襯底；一n+GaAs下接觸層生長在GaAs襯底上，該n+GaAs下接觸層中重?fù)诫s施主Si原子；一多周期光電流產(chǎn)生區(qū)生長在n+GaAs下接觸層上，其作用是吸收紅外輻射并產(chǎn)生光電子；一n+GaAs上接觸層生長在多周期光電流產(chǎn)生區(qū)上，保護(hù)多周期光電流產(chǎn)生區(qū)；該n+GaAs上接觸層中重?fù)诫sSi原子；一上電極制作在n+GaAs上接觸層上，收集并輸出多周期光電流產(chǎn)生區(qū)產(chǎn)生的光電流信號；一下電極制作在n+GaAs下接觸層上形成的臺階的一側(cè)，和上電極一起給多周期光電流產(chǎn)生區(qū)施加偏壓。
文檔編號H01L31/101GK101207163SQ20061016553
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者楊曉杰, 明 種, 蘇艷梅, 陳良惠, 馬文全 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所