一種寬響應(yīng)譜的太赫茲量子阱光電探測(cè)器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電器件技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種寬響應(yīng)譜的太赫茲量子阱 光電探測(cè)器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 太赫茲（THz)波通常是指電磁波譜中頻率從IOOGHz到IOTHz (ITHz = IO12Hz)，相 應(yīng)波長(zhǎng)從3毫米到30微米，介于毫米波與紅外光之間的電磁波譜區(qū)域。在過(guò)去很長(zhǎng)的一 段時(shí)間中，由于缺乏有效的THz源和高靈敏度的檢測(cè)手段，這一頻段一度被稱為"太赫茲空 白"。近年來(lái)，隨著光子學(xué)和納米技術(shù)領(lǐng)域的不斷革新，新型的THz產(chǎn)生和探測(cè)手段不斷出 現(xiàn)，同時(shí)，由于THz技術(shù)在信息技術(shù)、國(guó)防安全、反恐、醫(yī)療成像、物質(zhì)鑒別及環(huán)境監(jiān)測(cè)等方 面應(yīng)用潛力巨大，關(guān)于THz的相關(guān)研究正逐步得到重視。
[0003] THz技術(shù)應(yīng)用的核心部件之一是THz探測(cè)器?；诎雽?dǎo)體周期性多量子阱結(jié)構(gòu) 的太赫茲量子阱光電探測(cè)器（THzQWP)于2004年研制成功。目前，THzQWP多數(shù)基于GaAs/ AlGaAs材料體系，器件材料結(jié)構(gòu)包括上電接觸層和下電接觸層，以及位于兩者之間的十幾 到幾十個(gè)周期的GaAs/AlGaAs多量子阱層，襯底為半絕緣GaAs。從工作原理上看，THzQWP 是一種子帶間躍迀型探測(cè)器，無(wú)光照時(shí)，電子處于量子阱的束縛態(tài)中；當(dāng)THz光入射到器件 光敏面上時(shí)，在THz光場(chǎng)作用下，量子阱中的電子吸收光場(chǎng)能量，由束縛態(tài)躍迀到連續(xù)態(tài)或 準(zhǔn)連續(xù)態(tài)，在外加偏壓的作用下形成光電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)THz波的探測(cè)。THzQWP的主要優(yōu)點(diǎn) 是靈敏度高、響應(yīng)率大、響應(yīng)速度快，響應(yīng)頻率在1. 5~8THz之間，非常適合這一頻段的高 速無(wú)線通信、實(shí)時(shí)成像以及頻譜分析等應(yīng)用系統(tǒng)。
[0004] THzQWP是一種窄帶探測(cè)器，目前，多數(shù)THzQWP響應(yīng)譜的半高寬不超過(guò)I. 5THz，這 在一定程度上限制了頻譜分析的應(yīng)用。如果要分析較寬的THz譜，則需更換具有不同頻率 響應(yīng)范圍的THzQWP。而在其他一些應(yīng)用中，如果要使用THz激光器，需要其激射頻率落在 THzQWP較窄的響應(yīng)譜范圍內(nèi)，因而對(duì)激光器提出了較高的要求。
[0005] 針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明將給出一種具有寬響應(yīng)譜THzQWP的設(shè)計(jì)方法，以滿足更多 的應(yīng)用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種寬響應(yīng)譜的太赫茲量 子阱光電探測(cè)器及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中太赫茲量子阱光電探測(cè)器頻率響應(yīng)范 圍不夠?qū)挼膯?wèn)題。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種寬響應(yīng)譜的太赫茲量子阱光電 探測(cè)器，包括：襯底；下電接觸層，結(jié)合于所述襯底表面；第一多量子阱層，結(jié)合于所述下電 接觸層表面，當(dāng)其量子阱周期數(shù)Nl所對(duì)應(yīng)的峰值響應(yīng)頻率為Π ，最大工作偏壓為Vl ;中電 接觸層，結(jié)合于所述第一多量子阱層表面；第二多量子阱層，結(jié)合于所述中電接觸層表面， 當(dāng)其量子阱周期數(shù)N2所對(duì)應(yīng)的峰值響應(yīng)頻率為f2,最大工作偏壓為V2 ;以及上電接觸層， 結(jié)合于所述第二多量子阱層表面；其中，fl〈f2,且所述第一多量子阱層的實(shí)際量子阱周期 數(shù)Ml與所述第二多量子阱層的實(shí)際量子阱周期數(shù)M2滿足：
[0009] 作為本發(fā)明的寬響應(yīng)譜的太赫茲量子講光電探測(cè)器的一種優(yōu)選方案，所述第一多 量子阱層及第二多量子阱層的峰值響應(yīng)頻率及最大工作偏壓由各自的多量子阱勢(shì)阱的寬 度、勢(shì)皇的寬度、勢(shì)皇的高度和多量子阱中的η型摻雜濃度以及多量子阱的周期數(shù)決定。
[0010] 作為本發(fā)明的寬響應(yīng)譜的太赫茲量子講光電探測(cè)器的一種優(yōu)選方案，所述第一多 量子阱層及第二多量子阱層的周期性多量子阱結(jié)構(gòu)中，勢(shì)阱的材料為GaAs，勢(shì)皇的材料為 AlxGa1 xAs，0〈χ〈1 〇
[0011] 進(jìn)一步地，所述第一多量子阱層及第二多量子阱層中，勢(shì)阱的中央?yún)^(qū)域均具有Si 摻雜，該中央?yún)^(qū)域的厚度范圍為8~12nm。
[0012] 作為本發(fā)明的寬響應(yīng)譜的太赫茲量子阱光電探測(cè)器的一種優(yōu)選方案，所述下電接 觸層、中電接觸層及上電接觸層的材料為Si摻雜的GaAs，厚度范圍為400 μ m~800 μ m。
[0013] 作為本發(fā)明的寬響應(yīng)譜的太赫茲量子講光電探測(cè)器的一種優(yōu)選方案，所述第一多 量子阱層呈臺(tái)階狀結(jié)合于所述下電接觸層，以露出部分的下電接觸層，該露出的下電接觸 層表面形成有下金屬電極；所述第二多量子阱層呈臺(tái)階狀結(jié)合于所述中電接觸層，以露出 部分的中電接觸層，該露出的中電接觸層表面形成有中金屬電極；所述上電接觸層表面形 成有上金屬電極；所述上金屬電極及下金屬電極通過(guò)金線焊接進(jìn)行短接，兩者共同成為器 件的第一電極，而中金屬電極層為器件的第二電極。
[0014] 本發(fā)明還提供一種寬響應(yīng)譜的太赫茲量子阱光電探測(cè)器的制備方法，包括步驟： 1)提供一襯底，于所述襯底表面依次形成下電接觸層、第一多量子阱層、中電接觸層、第二 多量子阱層、以及上電接觸層；2)去除部分的上電接觸層以及第二多量子阱層，露出中電 接觸層；3)去除部分的中電接觸層以及第一多量子阱層，露出下電接觸層；4)制作光刻圖 形，于所述上電接觸層、中電接觸層及下電接觸層表面沉積金屬，并采用金屬剝離的方法制 作出上金屬電極、中金屬電極以及下金屬電極；以及5)所述上金屬電極及下金屬電極通過(guò) 金線焊接進(jìn)行短接，兩者共同成為器件的第一電極，而中金屬電極層為器件的第二電極；其 中，當(dāng)所述第一多量子阱層的量子阱周期數(shù)Nl所對(duì)應(yīng)的峰值響應(yīng)頻率為Π ，最大工作偏壓 為VI，當(dāng)所述第二多量子阱層的量子阱周期數(shù)N2所對(duì)應(yīng)的峰值響應(yīng)頻率為f2,最大工作偏 壓為V2, fl〈f2,所述第一多量子阱層的實(shí)際量子阱周期數(shù)Ml與所述第二多量子阱層的實(shí) 際量子阱周期數(shù)M2滿足：
[0016] 作為本發(fā)明的寬響應(yīng)譜的太赫茲量子講光電探測(cè)器的制備方法的一種優(yōu)選方案， 所述第一多量子阱層及第二多量子阱層的峰值響應(yīng)頻率及最大工作偏壓由各自的多量子 阱勢(shì)阱的寬度、勢(shì)皇的寬度、勢(shì)皇的高度和多量子阱中的η型摻雜濃度以及多量子阱的周 期數(shù)決定。
[0017] 作為本發(fā)明的寬響應(yīng)譜的太赫茲量子阱光電探測(cè)器的制備方法的一種優(yōu)選方案， 所述第一多量子阱層及第二多量子阱層的周期性多量子阱結(jié)構(gòu)中，勢(shì)阱的材料為GaAs，勢(shì) 皇的材料為 AlxGa1 xAs，0〈x〈l。
[0018] 作為本發(fā)明的寬響應(yīng)譜的太赫茲量子講光電探測(cè)器的制備方法的一種優(yōu)選方案， 所述第一多量子阱層及第二多量子阱層的中央?yún)^(qū)域均具有Si摻雜，該中央?yún)^(qū)域的厚度范 圍為8~12nm。
[0019] 作為本發(fā)明的寬響應(yīng)譜的太赫茲量子講光電探測(cè)器的制備方法的一種優(yōu)選方案， 所述下電接觸層、中電接觸層及上電接觸層的材料為Si摻雜的GaAs，厚度范圍為400 μ m~ 800 μ m〇
[0020] 如上所述，本發(fā)明的寬響應(yīng)譜的太赫茲量子阱光電探測(cè)器及其制備方法，具有以 下有益效果：本發(fā)明的太赫茲量子阱光電探測(cè)器具有非常寬的響應(yīng)譜，可有效覆蓋1. 5~ 8THz頻率范圍，半高寬達(dá)2. 84THz，比普通太赫茲量子阱光電探測(cè)器提升約89%。本發(fā)明結(jié) 構(gòu)和制作方法簡(jiǎn)單，效果顯著，在半導(dǎo)體光電器件技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1~圖5顯示為本發(fā)明的寬響應(yīng)譜的太赫茲量子阱光電探測(cè)器的制備方法各步 驟所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖6顯示為本發(fā)明的寬響應(yīng)譜的太赫茲量子阱光電探測(cè)器的光電流響應(yīng)譜圖。
[0023] 元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0024] 101 襯底
[0025] 102 下電接觸層
[0026] 103 第一多量子阱層
[0027] 104 中電接觸層
[0028] 105 第二多量子講層
[0029] 106 上電接觸層
[0030] 107 下金屬電極
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