CN100541832C - 光伏型多量子阱红外探测器 - Google Patents

光伏型多量子阱红外探测器 Download PDF

Info

Publication number
CN100541832C
CN100541832C CNB2007101713877A CN200710171387A CN100541832C CN 100541832 C CN100541832 C CN 100541832C CN B2007101713877 A CNB2007101713877 A CN B2007101713877A CN 200710171387 A CN200710171387 A CN 200710171387A CN 100541832 C CN100541832 C CN 100541832C
Authority
CN
China
Prior art keywords
infrared detector
quantum well
multiple quantum
detector
gaas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2007101713877A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101170148A (zh
Inventor
陆卫
王文娟
甄红楼
李天信
陈平平
张波
李宁
李志锋
陈效双
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Institute of Technical Physics of CAS filed Critical Shanghai Institute of Technical Physics of CAS
Priority to CNB2007101713877A priority Critical patent/CN100541832C/zh
Publication of CN101170148A publication Critical patent/CN101170148A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100541832C publication Critical patent/CN100541832C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

本发明公开了一种光伏型多量子阱红外探测器，该探测器由SOI晶片，键合在SOI晶片上的光导型多量子阱红外探测器组成。所说的SOI晶片是一种通过高能粒子辐照处理后，在埋氧层中产生固定电荷的晶片。所说的光导型多量子阱红外探测器为GaAs/AlGaAs、GaAs/InGaAs或Si/GeSi多量子阱红外探测器。本发明的优点在于：该探测器不仅具备了光导型多量子阱红外探测器的基本优越性能，同时也解决了光导探测器暗电流较大的缺陷，从而进一步提高了器件的性能。同时，器件的制备也比较简单、易于操作。

Description

光伏型多量子阱红外探测器
技术领域
本发明涉及红外探测器，具体是指一种光伏型多量子阱红外探测器。
背景技术
根据工作模式，半导体红外探测器可以分为光导型和光伏型二类。光导型红外探测器由于需要外加电场，所以暗电流比较大；光伏型红外探测器由于内建电场的存在，暗电流比较小。目前，研究的比较多的是光导型多量子阱红外探测器和光伏型碲镉汞、InSb红外探测器。与光伏型碲镉汞红外探测器相比，光导型量子阱红外探测器的优点是材料的均匀性好，器件制作工艺成熟、抗辐照、成本低、尤其对焦平面列阵探测器，这些优点表现的更为明显。但是，由于光导型量子阱红外探测器有较大的暗电流，因而在应用上受到了很大的限制，也正是由于该暗电流随温度呈指数式上升，导致了光导型量子阱红外探测器工作温度比碲镉汞红外探测器更低，给制冷带来了更大的负担。相对光导型多量子阱红外探测器，对光伏型量子阱红外探测器的研究则较少，究其原因：虽然光伏型量子阱红外探测器暗电流较小，但其工作温度、响应率以及探测率方面都不及光导型探测器。因此，任何一种能够有效抑制多量子阱红外探测器暗电流的方法都是很有实用价值的。
发明内容
基于上述已有技术存在的问题，本发明的目的是要提出一种能够保持光导型多量子阱红外探测器优点的同时又能够在光伏模式下工作的光伏型多量子阱红外探测器，从而有效抑制多量子阱红外探测器的暗电流。
本发明的目的是这样实现的：光伏型多量子阱红外探测器由SOI晶片，键合在SOI晶片的顶层Si上的光导型多量子阱红外探测器组成。
所说的SOI晶片是一种通过高能粒子辐照处理后，在埋氧层中产生固定电荷的晶片。
所说的光导型多量子阱红外探测器为GaAs/AlGaAs、GaAs/InGaAs或Si/GeSi多量子阱红外探测器。
本发明基于的工作原理是(为了便于说明，下面以n型多量子阱探测器为例，埋氧层中固定电荷以正电荷为例加以说明)：由于富含固定电荷的埋氧层上的顶层Si和n型多量子阱的电极层键合后共同构成器件的一个电极层，该电极层下的埋氧层提供了正固定电荷形成的静电场，该电场在器件工作中将类似光伏器件中pn结那样起到内建电场的作用。当没有光照时，探测器两端电压就等于由此内建电场得到的电势差。当有红外光入射时，掺杂量子阱中位于基态的电子被激发到激发态，形成探测器的光电子。光电子在内建电场的作用下向高电势区漂移，这一漂移过程与光导型的多量子阱探测器中的光电子行为是相同的。光电子漂移到顶层与埋氧层的界面处堆积，与量子阱中的杂质正电荷之间形成光生电压，从而改变了内建电场的分布。由于埋氧层的存在，器件并不能形成光生电流，只能形成光生电压。
本发明的优点在于：该探测器不仅具备了光导型多量子阱红外探测器的基本优越性能，同时也解决了光导探测器暗电流较大的缺陷，从而进一步提高了器件的性能。同时，器件的制备也比较简单、易于操作。
附图说明
图1为本发明的光伏型多量子阱红外探测器的光电响应能带示意图。
图2为本实施例的光伏型多量子阱红外探测器的材料结构示意图。
图3为本发明的光伏型多量子阱红外探测器的结构示意图。
具体实施方式
下面以n型GaAs/AlGaAs多量子阱探测器为例，结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
1.n型GaAs/AlGaAs多量子阱2的制备
采用薄膜生长技术在GaAs衬底201上依次生长：
100nm的Al0.15Ga0.85As刻蚀阻挡层202；
N型掺杂的GaAs上电极层203，掺杂浓度为1018/cm3，厚度为1μm；
先势垒后势阱交替排列60个周期形成多量子阱层204，其中势垒205为60nm厚的Al0.15Ga0.85As层，势阱为6nm厚的n掺杂的GaAs层，掺杂浓度为1017/cm3；
60nm厚的Al0.15Ga0.85As层205；
N型掺杂的GaAs下电极层206，掺杂浓度为1018/cm3，厚度为1μm，完成多量子阱的制备。
2.SOI晶片1采用外购，对购买来的SOI晶片表面进行伽马射线的辐照，埋氧层中产生的固定电荷量与辐照能量的大小和时间有关。在此，可以通过控制辐照能量的大小和时间来控制埋氧层中的固定电荷量，进而有效地控制固定电荷附近的静电场强度。要实现本发明的技术方案，静电场强度的范围为5～8Kv/cm。
3.利用晶片键合工艺将多量子阱的下电极层206与SOI晶片的顶层Si  103键合在一起。晶片键合工艺可以是低温真空键合、化学溶液表面改性键合或者热键合。键合后，刻蚀掉GaAs衬底201和刻蚀阻挡层202，仅保留带有上下电极层的多量子阱，此时的衬底就是SOI晶片的Si衬底101，顶层Si与多量子阱的下电极层206键合后共同构成本发明器件的一个下电极层，该下电极层下的埋氧层102提供了固定电荷形成的静电场，该电场在器件工作中将类似光伏器件中pn结那样起到内建电场的作用。
4.采用常规的器件制备工艺在GaAs上电极层203上刻蚀光栅207，接着刻蚀台面至GaAs下电极层206，在下电极层上形成一个多量子阱台面。利用真空蒸发镀膜技术在GaAs下电极层206上蒸镀下电极2061，在GaAs上电极层203上蒸镀上电极2031。到此完成了一个以硅材料为衬底的光伏型多量子阱红外探测器。
如果要做成红外焦平面器件，依然是上述工艺，将上电极2031做成铟柱与读出电路互联。同时现在的单元器件应该是一种完全相同的单元组成的阵列器件，并最终按半导体器件的标准工艺将SOI晶片中的硅衬底101去掉，留下埋氧层102即可。

Claims (2)

1.一种光伏型多量子阱红外探测器，其特征在于：该探测器由SOI晶片(1)，键合在SOI晶片的顶层Si(103)上的光导型多量子阱红外探测器(2)组成；
所说的SOI晶片是一种通过高能粒子辐照处理后，在埋氧层(102)中产生固定电荷的晶片。
2.根据权利要求1的一种光伏型多量子阱红外探测器，其特征在于：所说的光导型多量子阱红外探测器为GaAs/AlGaAs、GaAs/InGaAs或Si/GeSi多量子阱红外探测器。
CNB2007101713877A 2007-11-30 2007-11-30 光伏型多量子阱红外探测器 Expired - Fee Related CN100541832C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007101713877A CN100541832C (zh) 2007-11-30 2007-11-30 光伏型多量子阱红外探测器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007101713877A CN100541832C (zh) 2007-11-30 2007-11-30 光伏型多量子阱红外探测器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101170148A CN101170148A (zh) 2008-04-30
CN100541832C true CN100541832C (zh) 2009-09-16

Family

ID=39390674

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2007101713877A Expired - Fee Related CN100541832C (zh) 2007-11-30 2007-11-30 光伏型多量子阱红外探测器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100541832C (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102346071A (zh) * 2010-08-03 2012-02-08 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 太赫兹波段纳秒时间分辨傅立叶变换光谱仪
CN102593201B (zh) * 2011-12-06 2014-08-13 复旦大学 一种基于表面等离子体微腔的多色量子阱光子探测器件

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5077593A (en) * 1989-12-27 1991-12-31 Hughes Aircraft Company Dark current-free multiquantum well superlattice infrared detector
CN1314711A (zh) * 2001-04-25 2001-09-26 中国科学院上海技术物理研究所 多量子阱红外焦平面光伏探测器的光敏元芯片
CN1794474A (zh) * 2005-11-02 2006-06-28 厦门大学 一种波导共振增强型光电探测器

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5077593A (en) * 1989-12-27 1991-12-31 Hughes Aircraft Company Dark current-free multiquantum well superlattice infrared detector
CN1314711A (zh) * 2001-04-25 2001-09-26 中国科学院上海技术物理研究所 多量子阱红外焦平面光伏探测器的光敏元芯片
CN1794474A (zh) * 2005-11-02 2006-06-28 厦门大学 一种波导共振增强型光电探测器

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SOIMOSFET器件X射线总剂量效应研究. 何玉娟，师谦，李斌，林丽，张正选.Semiconductor Technology,Vol.31 No.5. 2006 *
SOI近红外Si0.8Ge0.2/Si横向pin探测器的研制. 莫太山，张世林，郭维廉，郭辉，郑云光.光电子·激光，第14卷第12期. 2003 *
单片集成于SOI上的光电探测器. 董金珠，江美玲，梁平治.红外，第6期. 2004 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101170148A (zh) 2008-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102187469B (zh) 电磁辐射转换器和电池
Xiao et al. High quality silicon: colloidal quantum dot heterojunction based infrared photodetector
CN102782880B (zh) 具有改进响应度的基于硅的肖特基势垒探测器
US20090179225A1 (en) Photo detector device
CN101292366A (zh) 由溶液加工制得的纳米晶体太阳能电池
US20130284269A1 (en) Strain-enhanced silicon photon-to-electron conversion devices
US20100059097A1 (en) Bifacial multijunction solar cell
EP2985800A1 (en) Image sensor and electronic device including the same
Patel et al. Silver nanowires-templated metal oxide for broadband Schottky photodetector
Zhang et al. Electrical characterization of inorganic-organic hybrid photovoltaic devices based on silicon-poly (3, 4-ethylenedioxythiophene): poly (styrenesulfonate)
US20190214428A1 (en) Germanium-modified, back-side illuminated optical sensor
US8299556B2 (en) Using 3d integrated diffractive gratings in solar cells
Zhang et al. n-ZnO/p-Si 3D heterojunction solar cells in Si holey arrays
CN110379873A (zh) 一种量子点探测器
CN100541832C (zh) 光伏型多量子阱红外探测器
JP2007311493A (ja) 受光素子
US20180145190A1 (en) Broadband multi-purpose optical device and methods of manufacturing and operating the same
US20150303345A1 (en) Amplified detector formed by low temperature direct wafer bonding
EP3794643B1 (en) Integration of a short-wave infrared detector with cmos compatible substrates
CN112204756A (zh) 在缓冲器上方形成的光电子器件
CN110890436A (zh) 波导型GeSn光电晶体管及其制造方法
CN114256374A (zh) 雪崩光电探测器及其制备方法
US20120326260A1 (en) Photodiode that incorporates a charge balanced set of alternating n and p doped semiconductor regions
US9893216B1 (en) Polarized light based solar cell
Li et al. Ultrahigh Sensitive Phototransistor Based on MoSe $ _ {\text {2}} $/Ge Mixed-Dimensional Heterojunction for Visible to Short-Wave Infrared Broadband Photodetection

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090916

Termination date: 20111130