專(zhuān)利名稱(chēng)：一種含量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料和器件制作領(lǐng)域，具體涉及一種可用于紅外光探測(cè)的含有量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件。
背景技術(shù)：
紅外探測(cè)技術(shù)具有非常重要的實(shí)用價(jià)值，在環(huán)境監(jiān)控、氣象預(yù)報(bào)、天文觀測(cè)、熱成像以及軍事領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。目前，主流的紅外光探測(cè)器有基于半導(dǎo)體HgCdTe的紅外探測(cè)器、基于窄禁帶半導(dǎo)體InSb的紅外探測(cè)器、基于量子阱子帶間躍遷的量子阱紅外探測(cè)器(QWIP)、基于量子點(diǎn)子帶間躍遷的量子點(diǎn)紅外探測(cè)器(QDIP)以及量子級(jí)聯(lián)紅外探測(cè)器(QOT)。其中，HgCdTe及InSb紅外探測(cè)器的制作技術(shù)比較成熟，探測(cè)率較高，暗電流較低。然而由于其在材料生長(zhǎng)上存在較大困難，大面積的均勻性一直不甚理想，從而限制了其在焦平面陣列(FPA)紅外光探測(cè)器中的應(yīng)用(E. Theocharous, et al. A comparison of theperformance of a photovoltaic HgCdTe detector with that of large area singlepixel QWIPs for infrared radiometric applications,Infrared Physics & Technology46 (2005) 309-322)。對(duì)于QWIP和QDIP而言，其材料的生長(zhǎng)技術(shù)成熟，適合制作大面積、多色的紅外光探測(cè)器。然而，由于QWIP和QDIP普遍需要工作在較大的偏壓下才能獲得比較理想的探測(cè)率，這嚴(yán)重限制了其暗電流水平及工作溫度(B.F. Levine, Quantum-well infraredphotodetectors, J. Appl. Phys. , Vol. 74, No. 8,15 0ctoberl993)。對(duì)于 QCD 而言，其通過(guò)巧妙的能帶設(shè)計(jì)，可大大減小了器件的工作偏壓，甚至可以實(shí)現(xiàn)零偏壓工作。然而，由于其較低的光子-電流轉(zhuǎn)換效率以及低能級(jí)間不必要的躍遷，導(dǎo)致現(xiàn)有QCD的器件性能普遍低于 QWIP(L. Gendron, et al. Quantum Cascade Detection, Proc.SPIE 5612,63(2004))。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種含量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件，目的是解決現(xiàn)有探測(cè)器中偏壓與探測(cè)效率、暗電流之間的矛盾。通過(guò)將波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換和量子級(jí)聯(lián)隧穿輸運(yùn)結(jié)合起來(lái)，可降低探測(cè)器的暗電流，提高探測(cè)器的探測(cè)率。本發(fā)明提出一種含量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件，包括襯底、下電極接觸層、下過(guò)渡層、光吸收層、量子級(jí)聯(lián)載流子輸運(yùn)區(qū)、發(fā)光層、上過(guò)渡層、上電極接觸層，其特征在于所述的光吸收層量子勢(shì)阱中的電子激發(fā)態(tài)能級(jí)與電子基態(tài)能級(jí)之間的能量差對(duì)應(yīng)于紅外光子能量，該能量小于發(fā)光區(qū)量子勢(shì)阱中的電子基態(tài)能級(jí)與空穴基態(tài)能級(jí)之間的能量差；量子級(jí)聯(lián)載流子輸運(yùn)區(qū)位于光吸收層和發(fā)光層之間，由多個(gè)量子阱組成，且各量子阱中的電子能級(jí)能量逐個(gè)降低。所述量子級(jí)聯(lián)載流子輸運(yùn)區(qū)的量子阱數(shù)目為I 500，厚度為0. 2 20nm，量子阱之間的勢(shì)壘厚度為0. 2 20nm。 所述光吸收層為多層量子阱、多層量子點(diǎn)或超晶格結(jié)構(gòu)之一，層數(shù)為I 500。所述發(fā)光層為多層量子阱、多層量子點(diǎn)或超晶格結(jié)構(gòu)之一，層數(shù)為I 500。
以上所述量子阱、量子點(diǎn)或超晶格材料為以下各材料體系中的任意一種鋁鎵銦砷、鋁鎵銦磷、鋁鎵銦砷銻、鋁鎵銦砷磷、鋁鎵銦氮、硅鍺。所述襯底是下列各材料中的任意一種砷化鎵、磷化銦、銻化鎵、硅、鍺、氮化鎵、氮化鋁、碳化硅、藍(lán)寶石，襯底厚度為10 600 i! m ;襯底的一個(gè)側(cè)面制成45°的斜面，或者在其表面制作一維或二維光柵，光柵周期為0. I 100 ym。在本發(fā)明中，光吸收層量子阱中的電子激發(fā)態(tài)能級(jí)與電子基態(tài)能級(jí)之間的能量差對(duì)應(yīng)于紅外光子能量，且該電子激發(fā)態(tài)能級(jí)低于勢(shì)壘層導(dǎo)帶，發(fā)光層電子-空穴復(fù)合發(fā)出的光子能量大于吸收的紅外光子能量，且對(duì)應(yīng)的光波長(zhǎng)位于具有極低暗計(jì)數(shù)的Si-APD、SiC-APD或PMT等光探測(cè)器的響應(yīng)波長(zhǎng)之內(nèi)。利用重?fù)诫s或光泵浦的方法使光吸收層勢(shì)阱中基態(tài)電子能級(jí)填滿電子，當(dāng)紅外光入射時(shí)，基態(tài)能級(jí)上的電子在吸收紅外光子后躍遷到激發(fā)態(tài)能級(jí)。在一定偏壓下，光生電子可以隧穿到量子級(jí)聯(lián)載流子輸運(yùn)區(qū)的注入能級(jí)。由于量子級(jí)聯(lián)載流子輸運(yùn)區(qū)各個(gè)激發(fā)態(tài)能級(jí)間的能量差等于縱光學(xué)聲子能量的整數(shù)倍，故隧穿壽命遠(yuǎn)小于光吸收區(qū)子帶間的復(fù)合壽命，光生電子可以通過(guò)級(jí)聯(lián)隧穿迅速輸運(yùn)到發(fā)光層。該結(jié)構(gòu)可以顯著減小到達(dá)發(fā)光層的電子的反向隧穿幾率，使得電子反向隧穿壽命遠(yuǎn)大于發(fā)光層導(dǎo)帶-價(jià)帶間的輻射復(fù)合壽命，從而顯著提高器件的量子效率。同時(shí)，由于采用了量子級(jí)聯(lián)輸運(yùn)，使得器件工作所需偏壓明顯降低，從而降低器件的暗電流。另一方面，在QCD中，由于所探測(cè)的電流信號(hào)來(lái)自從量子級(jí)聯(lián)輸運(yùn)區(qū)隧穿到導(dǎo)帶中的電子，在小偏壓下，量子效率較低。在本發(fā)明中，由于采用了波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，光生電子通過(guò)量子級(jí)聯(lián)載流子輸運(yùn)區(qū)到達(dá)發(fā)光層并直接進(jìn)行可見(jiàn)光的輻射復(fù)合，無(wú)需隧穿到導(dǎo)帶，從而進(jìn)一步提高了器件的量子效率。為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和作用，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。


圖I為含量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的2. 8 紅外波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換件器件的截面示意圖。100-光柵結(jié)構(gòu)，102-GaAs襯底，104_GaAs過(guò)渡層，106_n型GaAs下電極接觸層，107-Al0.65Ga0.35As過(guò)渡層，108-2. 8um紅外光吸收層，110-量子級(jí)聯(lián)載流子輸運(yùn)區(qū)，112-發(fā)光層，IlS-Al0 65Ga0 35As過(guò)渡層，114-p型GaAs上電極接觸層。圖2為I. 8V偏壓下含量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的2. 8 y m紅外波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件的能帶圖。200-電子準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)，202-空穴準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)。圖3為I. 8V偏壓下含量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的2. 8 U m紅外波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件有源區(qū)(吸收層、量子級(jí)聯(lián)載流子輸運(yùn)區(qū)、發(fā)光層)能帶及波函數(shù)分布圖。300-發(fā)光層重空穴基態(tài)能級(jí)波函數(shù)，302-吸收層電子基態(tài)波函數(shù)，304-發(fā)光層電子基態(tài)波函數(shù)，306-有源區(qū)第一激發(fā)態(tài)波函數(shù)，308-有源區(qū)第二激發(fā)態(tài)波函數(shù)，310-有源區(qū)第三激發(fā)態(tài)波函數(shù)，312-有源區(qū)第四激發(fā)態(tài)波函數(shù)，314-有源區(qū)第五激發(fā)態(tài)波函數(shù)，316-有源區(qū)第六激發(fā)態(tài)波函數(shù)，318-有源區(qū)第七激發(fā)態(tài)波函數(shù)。 圖4為含量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的4. I y m紅外波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件的截面示意圖。400-GaAs 襯底,402-GaAs 過(guò)渡層，404_n 型 GaAs 下電極接觸層,405-A1。. 55GaQ.45As過(guò)渡層，406-4. I y m紅外光吸收層，408-量子級(jí)聯(lián)載流子輸運(yùn)區(qū)，410-發(fā)光層，411-Ala55Gaa45As過(guò)渡層，412_p型GaAs上電極接觸層。圖5為I. 9V偏壓下含量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的4. I y m紅外波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件的能帶圖。500-電子準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)，502-空穴準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)。圖6為I. 9V偏壓下含量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的4. I U m紅外波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件有源區(qū)(吸收層、量子級(jí)聯(lián)載流子輸運(yùn)區(qū)、發(fā)光層)能帶及波函數(shù)分布圖。600-吸收層電子基態(tài)波函數(shù)，602-發(fā)光層電子基態(tài)波函數(shù)，604-有源區(qū)第一激發(fā)態(tài)波函數(shù)，606-有源區(qū)第二激發(fā)態(tài)波函數(shù)，608-有源區(qū)第三激發(fā)態(tài)波函數(shù)，610-有源區(qū)第四激發(fā)態(tài)波函數(shù)，612-有源區(qū)第五激發(fā)態(tài)波函數(shù)，614-有源區(qū)第六激發(fā)態(tài)波函數(shù)。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例I圖I所示為本實(shí)例所述的含量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的2. 8 y m紅外波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件的截面圖，該結(jié)構(gòu)利用典型的半導(dǎo)體材料外延技術(shù)如分子束外延技術(shù)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)等，在GaAs襯底上依次生長(zhǎng)而成。GaAs襯底上的光柵結(jié)構(gòu)是利用半導(dǎo)體加工工藝制作而成。其中，100為光柵結(jié)構(gòu)，用于將垂直表面入射的紅外光轉(zhuǎn)化為可被吸收層量子阱子帶吸收的成分，102為GaAs襯底，104為2 ii m GaAs過(guò)渡層，106為IOOnm n型GaAs下電極接觸層，107為20nm Ala65Gaa35As過(guò)渡層，108為4. Onm Ina45Gaa55As量子阱紅外光吸收層，在量子講與兩側(cè)的Ala65Gaa35As勢(shì)魚(yú)層之間各有0. 5nm的GaAs插入層，110為量子級(jí)聯(lián)載流子輸運(yùn)區(qū)，由多個(gè)不同阱寬的量子阱構(gòu)成，在本實(shí)施例中，共有5個(gè)GaAs量子阱，其阱寬依次為I. 8nm、2. Onm,2. 3nm、2. 6nm和3. Onm,量子阱間的6個(gè)Alci 65Gatl 35As勢(shì)壘層的壘寬依次為 3. 0nm、2. 0nm、2. 0nm、2. 0nm、2. Onm 和 2. Onm, 112 為 4. Onm In0 15Ga0 85As 量子講發(fā)光層，在In。. 15Ga0. 85As量子阱與兩側(cè)的Al。. 65Ga0.35As勢(shì)壘層之間各有2. Onm的GaAs過(guò)渡層，113為Alci 65Gatl 55As過(guò)渡層，114為p型GaAs上電極接觸層。本實(shí)例所述的含量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的2. 8 紅外波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件的能帶結(jié)構(gòu)如圖2所示。200為電子準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)，202為空穴準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)。106所示的IOOnm n型GaAs下電極接觸層摻Si濃度為2 X IO18CnT3,108所示的4nm Ina45Gaa55As量子阱紅外光吸收層摻Si濃度為I. 5 X IO18cm-3,114所示的p型GaAs上電極接觸層摻B濃度為4X IO1W30圖3為本實(shí)例所述的含量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的2. 8 y m紅外波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件有源區(qū)的能帶及波函數(shù)分布圖。300為發(fā)光層重空穴基態(tài)波函數(shù)，302為吸收層電子基態(tài)波函數(shù)，304為發(fā)光層電子基態(tài)波函數(shù)，306為有源區(qū)第一激發(fā)態(tài)波函數(shù)，308為有源區(qū)第二激發(fā)態(tài)波函數(shù)，310為有源區(qū)第三激發(fā)態(tài)波函數(shù)，312為有源區(qū)第四激發(fā)態(tài)波函數(shù)，314為有源區(qū)第五激發(fā)態(tài)波函數(shù)，316為有源區(qū)第六激發(fā)態(tài)波函數(shù)，318為有源區(qū)第七激發(fā)態(tài)波函數(shù)。
以下結(jié)合圖3詳細(xì)說(shuō)明有源區(qū)結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)依據(jù)及該器件的工作原理。108所不的Ina45Gaa55As量子講吸收層摻Si濃度為I. 5X IO18Cm 講寬4nm,該量子講相對(duì)于輸運(yùn)區(qū)各量子阱的寬度為最寬，且輸運(yùn)區(qū)五個(gè)量子阱寬度逐漸加寬，依次為I. 8nm、2. Onm、
2.3nm、2. 6nm和3. Onm。從圖3中可以看出，吸收層電子基態(tài)波函數(shù)與有源區(qū)第六激發(fā)態(tài)(吸收層第一激發(fā)態(tài))波函數(shù)主要分布在吸收層的量子阱中，且這兩個(gè)能級(jí)間的振動(dòng)強(qiáng)度為0. 9179，能量差 為0. 443eV,說(shuō)明吸收層中處于基態(tài)能級(jí)的電子吸收2. 8 y m波長(zhǎng)的紅外光子后會(huì)以極大的概率躍遷到有源區(qū)第六激發(fā)態(tài)能級(jí)上。在外加I. 8V偏壓的作用下，有源區(qū)第六激發(fā)態(tài)波函數(shù)與第七激發(fā)態(tài)(量子級(jí)聯(lián)載流子輸運(yùn)區(qū)注入態(tài))波函數(shù)高度重疊，因此光生電子在其處于激發(fā)態(tài)上的壽命之內(nèi)將從發(fā)光層量子阱隧穿到輸運(yùn)區(qū)相鄰量子阱中的注入態(tài)能級(jí)上。從輸運(yùn)區(qū)到發(fā)光層的各量子阱阱寬逐漸加寬，因此輸運(yùn)區(qū)各量子阱中的電子能級(jí)能量逐個(gè)降低，且相鄰量子阱中的電子能級(jí)能量差為縱光學(xué)聲子的整數(shù)倍，光生電子通過(guò)隧穿迅速釋放能量弛豫到下一個(gè)量子阱中的電子能級(jí)上。電子輸運(yùn)過(guò)程如圖3中箭頭所示，最終光電子輸運(yùn)到發(fā)光層電子基態(tài)能級(jí)上，該能級(jí)與發(fā)光層重空穴基態(tài)能級(jí)間的振動(dòng)強(qiáng)度為0. 9363，能量差為I. 455eV，因此位于發(fā)光層電子基態(tài)能級(jí)的電子有很大的概率和重空穴基態(tài)能級(jí)上的空穴復(fù)合，發(fā)出可被Si-APD探測(cè)的852nm波長(zhǎng)的光子。輸運(yùn)區(qū)采用量子級(jí)聯(lián)隧穿結(jié)構(gòu)，電子很難反向隧穿回去，因此能有效提高紅外光的響應(yīng)率和大大降低暗電流。利用該器件進(jìn)行微弱的2. 8 y m紅外光子探測(cè)，可實(shí)現(xiàn)暗記數(shù)小于3000cps。實(shí)施例2圖4所示為本實(shí)例所述的含量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的4. I y m紅外波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件的截面圖，該結(jié)構(gòu)利用典型的半導(dǎo)體材料外延技術(shù)如分子束外延技術(shù)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)等，在GaAs襯底上依次生長(zhǎng)而成。由于紅外光的吸收采用子帶躍遷，即只能吸收入射光的TM極化分量，因此在GaAs襯底的底面一側(cè)形成一 45°的斜面，以獲得光的偏振方向有垂直于外延生長(zhǎng)平面的分量。同時(shí)，在這種結(jié)構(gòu)下，入射的紅外光可以在樣品內(nèi)進(jìn)行多次全反射，從而大大增加了器件的吸收效率。其中，400為 GaAs 襯底,402 為 2 ii m GaAs 過(guò)渡層,404 為 IOOnm n 型 GaAs 下電極接觸層，405為20nm Ala55Gaa45As過(guò)渡層，406為5. Onm Ina28Gaa72As量子阱紅外光吸收層，在量子講與兩側(cè)的Ala55Gaa45As勢(shì)魚(yú)層之間各有0. 5nm的GaAs插入層,408為光電子輸運(yùn)區(qū)，該區(qū)采用量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，由多個(gè)不同阱寬的量子阱及各量子阱間的勢(shì)壘層構(gòu)成，在本實(shí)施例中，共有5個(gè)GaAs量子阱，其阱寬依次為2. 6nm、2. 7nm、3. Onm,3. 3nm和3. 6nm，6個(gè)Al0 55Gaa45As 勢(shì)魚(yú)層的魚(yú)寬依次為 3. 0nm、2. 0nm、2. 0nm、2. 0nm、2. Onm和 2. Onm, 410 為 4. OnmInai5Gaa85As量子講發(fā)光層,在Inai5Gaa85As量子講與兩側(cè)的Ala55Gaa45As勢(shì)魚(yú)層之間各有
2.Onm的GaAs過(guò)渡層，411為Ala55Gaa45As過(guò)渡層，412為p型GaAs上電極接觸層。本實(shí)例所述的含量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的4. I 紅外波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件的能帶結(jié)構(gòu)如圖5所示。500為電子準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)，502為空穴準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)。404所示的IOOnm n型GaAs下電極接觸層摻Si濃度為2 X IO18CnT3,406所示的5. Onm Ina28Gaa72As量子阱吸收層摻Si濃度為I. OX IO1W3,412所示的p型GaAs上電極接觸層摻B濃度為4X IO1W0本實(shí)例所述的含量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的4. I y m紅外波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件有源區(qū)的能帶及波函數(shù)分布如圖6所示。600為吸收層電子基態(tài)波函數(shù)，602為發(fā)光層電子基態(tài)波函數(shù)，604為有源區(qū)第一激發(fā)態(tài)波函數(shù)，606為有源區(qū)第二激發(fā)態(tài)波函數(shù)，608為有源區(qū)第三激發(fā)態(tài)波函數(shù)，610為有源區(qū)第四激發(fā)態(tài)波函數(shù)，612為有源區(qū)第五激發(fā)態(tài)波函數(shù)，614為有源區(qū)第六激發(fā)態(tài)波函數(shù)。以下結(jié)合圖6詳細(xì)說(shuō)明有源區(qū)結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)依據(jù)及器件的工作原理。406所示的Ina28Gaa72As量子阱吸收層摻Si濃度為I. SXlO1W,阱寬5. Onm,該量子阱相對(duì)于輸運(yùn)區(qū)各量子阱的寬度為最寬，且輸運(yùn)區(qū)五個(gè)量子阱寬度逐步加寬，依次為2. 6nm、2. 7nm、3.0nm、3. 3nm和3. 6nm。從圖6中可以看出，吸收層電子基態(tài)波函數(shù)與有源區(qū)第六激發(fā)態(tài)(吸收層第一激發(fā)態(tài))波函數(shù)主要分布在吸收層的量子阱中，且這兩個(gè)能級(jí)間的振動(dòng)強(qiáng)度為0. 8883，能量差為0. 301eV,說(shuō)明吸收層中處于基態(tài)能級(jí)的電子吸收4. I y m波長(zhǎng)的紅外光子后會(huì)以極大的概率躍遷到有源區(qū)第六激發(fā)態(tài)能級(jí)上。在外加I. 9V偏壓的作用下，有源區(qū)第六激發(fā)態(tài)波函數(shù)與第五激發(fā)態(tài)(量子級(jí)聯(lián)載流子輸運(yùn)區(qū)注入態(tài))波函數(shù)高度重疊，因此光生電子在其處于激發(fā)態(tài)上的壽命之內(nèi)從發(fā)光層量子阱隧穿到輸運(yùn)區(qū)相鄰量子阱中的注入態(tài)能級(jí)上。從輸運(yùn)區(qū)到發(fā)光層的各量子阱阱寬逐漸加寬，因此輸運(yùn)區(qū)各量子阱中的電子能級(jí)能量逐個(gè)降低，且相鄰量子阱中的電子能級(jí)能量差為縱光學(xué)聲子的整數(shù)倍，光生電子通過(guò)隧穿迅速釋放能量弛豫到下一個(gè)量子阱中的電子能級(jí)上。電子輸運(yùn)過(guò)程如圖6中箭頭所示，最終光電子輸運(yùn)到發(fā)光層電子基態(tài)能級(jí)上，該能級(jí)與發(fā)光層重空穴基態(tài)能級(jí)間的振動(dòng)強(qiáng)度為0. 9334，能量差為I. 46eV,因此位于發(fā)光層電子基態(tài)能級(jí)上的電子有很大的概率和重空穴基態(tài)能級(jí)上的空穴復(fù)合，發(fā)出可被Si-APD探測(cè)的849nm波長(zhǎng)的光子。輸運(yùn)區(qū)采用量子級(jí)聯(lián)隧穿結(jié)構(gòu)，電子很難反向隧穿回去，因此能有效提高紅外光的響應(yīng)率和大大降低暗電流。
權(quán)利要求
1.ー種含量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件，包括襯底、下電極接觸層、下過(guò)渡層、光吸收層、量子級(jí)聯(lián)載流子輸運(yùn)區(qū)、發(fā)光層、上過(guò)渡層、上電極接觸層，其特征在干所述的光吸收層量子勢(shì)阱中的電子激發(fā)態(tài)能級(jí)與電子基態(tài)能級(jí)之間的能量差對(duì)應(yīng)于紅外光子能量，該能量小于發(fā)光區(qū)量子勢(shì)阱中的電子基態(tài)能級(jí)與空穴基態(tài)能級(jí)之間的能量差；量子級(jí)聯(lián)載流子輸運(yùn)區(qū)位于光吸收層和發(fā)光層之間，由多個(gè)量子阱組成，且各量子阱中的電子能級(jí)能量逐個(gè)降低。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件，其特征在于所述量子級(jí)聯(lián)載流子輸運(yùn)區(qū)的量子阱數(shù)目為I 500，厚度為O. 2 20nm，量子阱之間的勢(shì)壘厚度為O. 2 20nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件，其特征在于所述光吸收層為多層量子阱、多層量子點(diǎn)或超晶格結(jié)構(gòu)之一，層數(shù)為I 500。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件，其特征在于所述發(fā)光層為多層量子阱、多層量子點(diǎn)或超晶格結(jié)構(gòu)之一，層數(shù)為I 500。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4所述的ー種波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件，其特征在于所述量子阱、量子點(diǎn)或超晶格材料為以下各材料體系中的任意ー種鋁鎵銦神、鋁鎵銦磷、鋁鎵銦砷銻、鋁鎵銦砷憐、招嫁鋼氣、娃錯(cuò)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件，其特征在于所述襯底是下列各材料中的任意一種神化鎵、磷化銦、銻化鎵、硅、鍺、氮化鎵、氮化鋁、碳化硅、藍(lán)寶石，襯底厚度為10 600 μ m;襯底的一個(gè)側(cè)面制成45°的斜面，或者在其表面制作一維或ニ維光柵，光柵周期為O. I 100 μ m。
全文摘要
一種含量子級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件，屬于半導(dǎo)體材料和器件制作領(lǐng)域，其特征在于所述波長(zhǎng)上轉(zhuǎn)換器件的核心結(jié)構(gòu)包括光吸收層、量子級(jí)聯(lián)載流子輸運(yùn)區(qū)、發(fā)光層，光吸收層量子阱中的子帶躍遷能量對(duì)應(yīng)于紅外光子能量，該能量小于發(fā)光區(qū)量子阱中的帶間躍遷能量；量子級(jí)聯(lián)載流子輸運(yùn)區(qū)位于光吸收層和發(fā)光層之間，由多個(gè)量子阱組成，且各量子阱中的電子能級(jí)能量逐個(gè)降低。本發(fā)明可用于紅外弱光的探測(cè)。
文檔編號(hào)G01J1/02GK102629637SQ201110438999
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
發(fā)明者康健彬, 汪萊, 王磊, 羅毅, 郝智彪 申請(qǐng)人:清華大學(xué)