本發(fā)明涉及光電子材料與器件應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，尤其涉及一種近紅外探測器。
背景技術(shù)：
在物聯(lián)網(wǎng)檢測傳感系統(tǒng)中，光電傳感器作為其關(guān)鍵部件具有重要的地位，在智能家居、遠(yuǎn)程醫(yī)療以及環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
其中，近紅外探測器是紅外系統(tǒng)、熱成像系統(tǒng)的核心組成部分，在醫(yī)學(xué)診斷、環(huán)境監(jiān)測以及夜視成像等方面都有極大需求。由于通過ingaas銦鎵砷三元化合物半導(dǎo)體材料制成的探測器在熱電制冷或室溫下工作都具有優(yōu)異的性能，且工藝簡單、加工成本低，同時(shí)具有良好的穩(wěn)定性和抗輻照性能，因此ingaas銦鎵砷三元化合物半導(dǎo)體材料器件得到快速的發(fā)展和應(yīng)用。
但是，鑒于ingaas銦鎵砷三元化合物半導(dǎo)體材料禁帶寬度連續(xù)可調(diào)，因此隨著in組分的增加，對(duì)應(yīng)的波長可覆蓋整個(gè)近紅外波段。且外延材料與襯底晶格失配越來越嚴(yán)重，使具備高量子效率和低暗電流的高性能器件難度大幅度提升。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種近紅外探測器，解決了現(xiàn)有技術(shù)中近紅外探測器存在的問題，具備低暗電流和高量子效率特點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
一種近紅外探測器，所述近紅外探測器包括：
襯底；
生長在所述襯底上的緩沖層；
生長在所述緩沖層背離所述襯底一側(cè)的吸收層；
填入在所述吸收層中的氧化銦錫納米粒子；
生長在所述吸收層背離所述緩沖層一側(cè)的窗口層。
優(yōu)選的，在上述近紅外探測器中，所述襯底為n型磷化銦單晶襯底或n型砷化鎵單晶襯底。
優(yōu)選的，在上述近紅外探測器中，所述緩沖層為銦鎵砷緩沖層。
優(yōu)選的，在上述近紅外探測器中，所述吸收層為銦鎵砷吸收層。
優(yōu)選的，在上述近紅外探測器中，所述銦鎵砷吸收層中銦組分大于0.53。
優(yōu)選的，在上述近紅外探測器中，所述氧化銦錫納米粒子為氧化銦錫納米顆?；蜓趸熷a納米薄膜。
優(yōu)選的，在上述近紅外探測器中，當(dāng)所述氧化銦錫納米粒子為氧化銦錫納米顆粒時(shí)，所述氧化銦錫納米顆粒均勻填入所述吸收層中。
優(yōu)選的，在上述近紅外探測器中，所述窗口層為p型銦鋁砷窗口層或p型銦砷磷窗口層或p型磷化銦窗口層。
通過上述描述可知，本發(fā)明提供的一種近紅外探測器包括：襯底；生長在所述襯底上的緩沖層；生長在所述緩沖層背離所述襯底一側(cè)的吸收層；填入在所述吸收層中的氧化銦錫納米粒子；生長在所述吸收層背離所述緩沖層一側(cè)的窗口層。
該近紅外探測器通過在吸收層中填入氧化銦錫納米粒子，將近紅外探測器與氧化銦錫納米粒子相集成，由于氧化銦錫納米粒子對(duì)光的局域限制產(chǎn)生的吸收增強(qiáng)作用，實(shí)現(xiàn)近紅外探測器具備低暗電流和高量子效率的特點(diǎn)；并且通過調(diào)控材料組分、形態(tài)、尺寸和密度等實(shí)現(xiàn)了氧化銦錫納米粒子中的共振頻率的可調(diào)控性，進(jìn)而將近紅外光吸收的可控性增強(qiáng)。
附圖說明
為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種近紅外探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
參考圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種近紅外探測器的結(jié)構(gòu)示意圖。
所述近紅外探測器包括：
襯底11；
具體的，所述襯底11為高摻雜的n型磷化銦inp單晶襯底或n型砷化鎵gaas單晶襯底。
生長在所述襯底11上的緩沖層12；
具體的，所述緩沖層12為高摻雜的銦鎵砷ingaas緩沖層。
生長在所述緩沖層12背離所述襯底一側(cè)的吸收層13；
具體的，所述吸收層13為非故意摻雜的銦鎵砷ingaas吸收層；
需要說明的是，所述ingaas吸收層中in組分大于0.53，也就是說，inxga1-xas，0.53＜x＜1。
填入在所述吸收層13中的氧化銦錫納米粒子15；
具體的，所述氧化銦錫ito納米粒子15為氧化銦錫ito納米顆粒或氧化銦錫ito納米薄膜；
當(dāng)所述氧化銦錫ito納米粒子15為氧化銦錫ito納米顆粒時(shí)，將所述氧化銦錫ito納米顆粒均勻排布在所述吸收層13中，并且與所述緩沖層12之間保持優(yōu)選距離，該優(yōu)選距離可根據(jù)具體情況而定。
生長在所述吸收層13背離所述緩沖層12一側(cè)的窗口層14。
具體的，所述窗口層14為高摻雜的p型銦鋁砷inalas窗口層或p型銦砷磷inasp窗口層或p型磷化銦inp窗口層。
下面對(duì)本發(fā)明的具體原理進(jìn)行詳細(xì)闡述。
首先根據(jù)背景技術(shù)可知，鑒于ingaas銦鎵砷三元化合物半導(dǎo)體材料禁帶寬度連續(xù)可調(diào)，因此隨著in組分的增加，對(duì)應(yīng)的波長可覆蓋整個(gè)近紅外波段。且外延材料與襯底晶格失配越來越嚴(yán)重，使具備高量子效率和低暗電流的高性能器件難度大幅度提升。
而經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)表面等離激元效應(yīng)(surfaceplasmonresonance，簡稱spr)不僅在光伏器件中具備很好的光捕獲能力，還可以提高光伏器件的光電轉(zhuǎn)換效率；spr可以產(chǎn)生很強(qiáng)的近場增強(qiáng)效應(yīng)，同時(shí)也會(huì)增強(qiáng)散射截面值。因此，spr是增強(qiáng)探測器光信號(hào)吸收的一種有效途徑。并且，spr增強(qiáng)光伏器件的性能已廣泛應(yīng)用于光電子研究領(lǐng)域。針對(duì)目前寬波段ingaas銦鎵砷近紅外探測器的性能還無法滿足實(shí)際應(yīng)用需求的問題，可通過spr共振和局域化作用來提高器件的光電轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而獲得高量子效率以及低暗電流的近紅外探測器。
而高摻雜半導(dǎo)體材料氧化銦錫ito由于在近紅外區(qū)域具備低損耗特點(diǎn)，是潛在的近紅外spr材料。通過采用drude模型可以證實(shí)氧化銦錫ito材料在近紅外波段具備實(shí)現(xiàn)等離激元的電場局域、增強(qiáng)、低損耗等特性。并且半導(dǎo)體材料可彌補(bǔ)傳統(tǒng)金屬材料的不足。其一，半導(dǎo)體材料的載流子濃度可以通過摻雜濃度進(jìn)行調(diào)節(jié)，由此可相對(duì)容易對(duì)spr峰位進(jìn)行調(diào)控；其二，半導(dǎo)體材料的載流子濃度適當(dāng)?shù)臏p小也可以降低帶內(nèi)損耗。
在本發(fā)明實(shí)施例中，將ingaas銦鎵砷近紅外探測器與氧化銦錫ito納米粒子相集成設(shè)置，有效利用了ingaas銦鎵砷近紅外探測器結(jié)構(gòu)對(duì)近紅外光的響應(yīng)速度快的特點(diǎn)以及氧化銦錫ito納米粒子在近紅外波段的spr效應(yīng)；通過spr效應(yīng)將光場的能量局域到氧化銦錫ito納米粒子周圍，顯著提高氧化銦錫ito納米粒子周圍的探測材料對(duì)光的吸收效率，進(jìn)而有效降低了吸收層的厚度，從而降低器件暗電流和對(duì)探測材料外延生長的要求。并且，spr會(huì)聚的光場能量能夠激發(fā)更多的帶間躍遷電子，提高ingaas銦鎵砷近紅外探測器的光電轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，通過調(diào)控材料組分、形態(tài)、尺寸以及密度等實(shí)現(xiàn)了氧化銦錫納米粒子中的共振頻率的可調(diào)控性，進(jìn)而將近紅外光吸收的可控性增強(qiáng)。
針對(duì)本發(fā)明上述實(shí)施例，在本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例中，提供了一種截至波長為2.5μm的近紅外探測器，包括：n型磷化銦inp單晶襯底；在所述n型磷化銦inp單晶襯底上生長厚度約為100nm、摻雜濃度為2×1018cm-3的n型in0.8ga0.2as緩沖層；在所述n型in0.8ga0.2as緩沖層背離所述n型磷化銦inp單晶襯底一側(cè)生長厚度為2μm、摻雜濃度為8×1016cm-3的n型in0.8ga0.2as吸收層；同時(shí)在所述n型in0.8ga0.2as吸收層中填入粒徑為5nm、sn摻雜濃度15％的氧化銦錫納米粒子；在所述n型in0.8ga0.2as吸收層背離所述n型in0.8ga0.2as緩沖層一側(cè)生長厚度為1μm、摻雜濃度2×1018cm-3為的p型inas0.6p0.4窗口層，形成pin近紅外探測器結(jié)構(gòu)。
其具體實(shí)施方式為：在摻硫s的n型磷化銦inp單晶襯底上，采用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)(metal-organicchemicalvapordeposition。簡稱mocvd)在該襯底上使用兩步法外延生長摻硅si的in0.8ga0.2as材料，首先在溫度為450℃時(shí)生長一層厚度約為100nm、摻雜濃度為2×1018cm-3的n型in0.8ga0.2as緩沖層，然后升高溫度至580℃，在升溫過程中n型in0.8ga0.2as緩沖層退火重結(jié)晶，釋放由晶格失配所造成的應(yīng)力，在550℃恒溫下保持3min-5min；之后生長一層厚度為2μm、摻雜濃度為8×1016cm-3的n型in0.8ga0.2as吸收層，并在其中填入粒徑為5nm、sn摻雜濃度15％的氧化銦錫納米粒子；最后生長一層厚度為1μm、摻雜濃度2×1018cm-3為的p型inas0.6p0.4窗口層，形成pin近紅外探測器結(jié)構(gòu)。
需要說明的是，上述的全部數(shù)據(jù)在本發(fā)明實(shí)施例中并不作限定，具體的數(shù)值可根據(jù)具體情況而定。
對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。