CN105720130A - 基于量子阱带间跃迁的光电探测器 - Google Patents

基于量子阱带间跃迁的光电探测器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于量子阱带间跃迁的光电探测器。一种光电探测器可包括：第一半导体层，其具有第一导电类型；第二半导体层，其具有第二导电类型，所述第二导电类型不同于所述第一导电类型；以及设置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的光子吸收层，所述光子吸收层包括至少一个量子阱层以及设置在每个所述量子阱层两侧的势垒层。本发明利用半导体PN结对量子阱参与的光电转换过程的调制作用，大幅度提升了基于量子阱材料的光电探测器的电流输出。

Description

基于量子阱带间跃迁的光电探测器
技术领域
本发明总体上涉及光电探测器，更特别地，涉及一种基于量子阱带间跃迁的光电探测器。
背景技术
800nm-1500nm波段的红外光探测器，在局域网通信、长距离光纤通信、微光夜视和红外热成像等领域具有重要的应用价值。该类探测器一般由诸如PIN光电二极管或雪崩光电二极管之类的光电二极管制成。光电二极管只能对波长与光子吸收层材料的禁带宽度Eg对应的光，或波长比上述波长稍短的光敏感。因此，需要根据光的波段来选择适当的光子吸收层材料。一般使用的光电二极管包括Si、Ge、以及InP衬底上具有InGaAs层的光电二极管。Si的禁带宽度为1.1eV，其对可视光到近红外波段范围具有灵敏度。Ge的禁带宽度为0.67eV，其对红外波段具有灵敏度。InP衬底上具有InGaAs层的光电二极管常用于1.3μm至1.55μm的光通信应用中。
在这些常用的光电探测器中，为了保证足够的光吸收效率，通常采用较厚的本征吸收层。例如，对于910nm附近的红外光而言，本征Si(i-Si)吸收层的厚度需要达到12μm，才可以保证大部分光都被吸收。然而，厚的本征吸收层增大了载流子的渡越时间，从而降低了光电二极管的响应速度。而且，较厚的本征吸收层导致外延成本增加。对于InP基的InGaAs光电二极管而言，InP衬底价格昂贵，且机械强度较低，使得市场对于低成本的探测器长期保有期待。
因此，期望能够提供一种光电探测器，其具有高效率、低噪声，并且能够以较低的成本来制造。
发明内容
一般认为，尽管应变量子阱的带隙可以在较大的范围内进行调节，但是受应变积累的影响，量子阱结构的厚度一般较薄，所以当利用其带间跃迁机制形成光电探测器时，量子效率会比较低。因此，当有适当的体材料与目标波长相对应时，一般不会考虑量子阱材料。
本发明人发现，半导体PN结对量子阱结构吸收层的光子吸收过程具有重要的影响。PN结的出现导致光子经量子阱带间跃迁过程被吸收之后，所形成的光生载流子可以高效率地进入连续态，形成光电流。该现象的发现使得利用量子阱带间跃迁实现光电探测成为可能。应理解的是，在本发明中，“量子阱”一般也涵盖量子点，只是为了说明的便利而统称为“量子阱”。
因此，本发明的一个方面在于提供一种基于量子阱带间跃迁的光电探测器。该光电探测器包括：第一半导体层，其具有第一导电类型；第二半导体层，其具有第二导电类型，所述第二导电类型不同于所述第一导电类型；以及设置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的光子吸收层，所述光子吸收层包括至少一个量子阱层以及设置在每个所述量子阱层两侧的势垒层。
在本发明一示范性实施例中，所述第一半导体层、所述第二半导体层和所述势垒层包括GaAs或AlGaAs，所述量子阱层包括选自如下组的材料：应变InGaAs量子阱、InAs量子点、以及InAs/InGaAs量子阱中量子点。
在本发明一示范性实施例中，所述第一半导体层、所述第二半导体层和所述势垒层包括InP或InAlAs，所述量子阱层包括选自如下组的材料：应变InGaAs量子阱、InAs量子点、InAs/InGaAs量子阱中量子点、InSb量子阱、InAsSb量子阱。
在本发明一示范性实施例中，所述第一半导体层、所述第二半导体层和所述势垒层包括GaSb，其中所述量子阱层包括选自如下组的材料：应变InSb量子阱、InAs量子阱、InAsSb量子阱。
在本发明一示范性实施例中，所述第一半导体层、所述第二半导体层和所述势垒层包括Si，其中所述量子阱层包括选自如下组的材料：Ge量子阱和GeSi量子阱。
在本发明一示范性实施例中，所述光子吸收层包括n个量子阱层，n是1至200之间的正整数。
在本发明一示范性实施例中，所述量子阱层的厚度为1-60nm，所述势垒层的厚度为1-100nm。
在本发明一示范性实施例中，所述光子吸收层的厚度为50nm至20μm之间。
在本发明一示范性实施例中，所述光电探测器还包括设置在所述光子吸收层与所述第一半导体层或所述第二半导体层之间的倍增层。
在本发明一示范性实施例中，所述光电探测器还包括设置在所述倍增层与所述光子吸收层之间的电荷层。
在本发明一示范性实施例中，所述光电探测器还包括设置在所述吸收层与所述电荷层之间的渐变层。
所述第一导电类型可以是P型和N型中的一种，所述第二导电类型可以是P型和N型中的另一种，所述量子阱层和所述势垒层可以是本征半导体层。所述光电探测器可以是红外光电探测器。所述量子阱层在吸收红外光时可以发生价带和导带之间的带间跃迁，产生光生载流子。
本发明的示范性实施例利用了半导体PN结对量子阱参与的光吸收和电提取过程的调制作用，大幅度提升了基于量子阱材料的光电探测器的量子效率。入射光经量子阱带间跃迁吸收后，在PN结调制下，光生载流子迅速进入连续态，迅速形成光电流。这样，从传统的光子-束缚电子-自由电子转换的二级过程变为光子-自由电子转换的一级过程，直接提升了光电转换能力。
本发明的另一方面还提供一种光纤通信系统，包括：光发射机，用于发射光通信信号，所发射的光通信信号经光纤传输；以及光接收机，用于接收所述光通信信号，并且将所接收的光通信信号转化为电信号，其中所述光接收机包括光电探测器，所述光电探测器包括：第一半导体层，其具有第一导电类型；第二半导体层，其具有第二导电类型，所述第二导电类型不同于所述第一导电类型；以及设置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的光子吸收层，所述光子吸收层包括至少一个量子阱层以及设置在每个所述量子阱层两侧的势垒层。
在本发明一示范性实施例中，所述第一半导体层、所述第二半导体层和所述势垒层包括GaAs或AlGaAs，所述量子阱层包括选自如下组的材料：应变InGaAs量子阱、InAs量子点、以及InAs/InGaAs量子阱中量子点。
在本发明一示范性实施例中，所述第一半导体层、所述第二半导体层和所述势垒层包括InP或InAlAs，所述量子阱层包括选自如下组的材料：应变InGaAs量子阱、InAs量子点、InAs/InGaAs量子阱中量子点。
在本发明一示范性实施例中，所述第一半导体层、所述第二半导体层和所述势垒层包括Si，其中所述量子阱层包括选自如下组的材料：Ge量子阱、GeSi量子阱。
在本发明一示范性实施例中，所述光子吸收层包括n个量子阱层，n是1至200之间的正整数。
在本发明一示范性实施例中，所述量子阱层的厚度为1-50nm，所述势垒层的厚度为1-100nm。
在本发明一示范性实施例中，所述光子吸收层的厚度为50nm至20μm之间。
在本发明一示范性实施例中，所述光电探测器还包括：设置在所述光子吸收层与所述第一半导体层或所述第二半导体层之间的倍增层；设置在所述倍增层与所述光子吸收层之间的电荷层；以及设置在所述吸收层与所述电荷层之间的渐变层。。
在本发明的光纤通信系统中，光接收机采用了基于量子阱带间跃迁的光电探测器，其实现了比常规的光电探测器更大的光电流，因此能提升整个光纤通信系统的性能，并且该光电探测器能以更低的成本制造，从而降低了光纤通信系统的成本。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的光电探测器的结构示意图。
图2是图1所示的光电探测器的能带示意图。
图3示出根据本发明一实施例的光电探测器的光电流谱。
图4是根据本发明另一实施例的光电探测器的结构示意图。
图5是根据本发明另一实施例的光电探测器的结构示意图。
图6是根据本发明另一实施例的光电探测器的结构示意图。
图7是根据本发明另一实施例的光电探测器的结构示意图。
图8是根据本发明一实施例的成像装置的像素单元的示意性电路图。
图9是根据本发明一实施例的光纤通信系统的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图来描述本发明的示范性实施例。应理解，示范性实施例仅用于示出本发明的原理，而非要将本发明限制到所描述的精确形式。而是，可以以更多或更少的细节来实现本发明。在附图中，相似的元件用相似的附图标记来指示，可能省略对其的重复描述。
图1是根据本发明一示范性实施例的光电探测器100的结构示意图。如图1所示，光电探测器100包括在衬底102上依次设置的第一半导体层110、吸收层120和第二半导体层130。光电探测器100的结构类似于常规的PIN型光电二极管，只是I型吸收层具有量子阱结构。
如图1所示，衬底102可以采用半导体领域常用的衬底，例如但不限于Si衬底、Ge衬底、SiC衬底、SOI衬底、蓝宝石衬底、ZnO衬底、GaAs衬底、InP衬底、GaSb衬底等。可以根据第一半导体层110的材料来选择合适的衬底102。例如，如果第一半导体层110由GaAs、InP或GaSb形成，则可以采用GaAs衬底、InP衬底或GaSb衬底作为衬底102。选用相同材料的衬底，可以最大程度上避免晶格失配，从而获得最佳质量的外延层，并且还能直接在衬底102上外延第一半导体层110，节省了工艺时间和成本。另一方面，亦可以选择异质衬底。为了实现不同材料的第一半导体层110与衬底102之间的晶格匹配，可以先在衬底102上生长缓冲层104。缓冲层104的材料和厚度可以根据衬底102的晶格常数与第一半导体层110的晶格常数来选择。在一实施例中，可以控制缓冲层104的成分，使得缓冲层104在两端分别与衬底102和第一半导体层110晶格匹配。
第一半导体层110可以是外延生长于衬底102上的N型或P型半导体层。在本发明中，可以采用各种常规的薄膜外延生长或沉积方法来制备各个半导体层，包括但不限于氢化物气相外延(HVPE)、金属有机气相外延(MOCVD)、化学气相沉积(CVD)、分子束外延(MBE)等薄膜沉积技术。在一些实施例中，第一半导体层110可以由GaAs、InP、GaSb等半导体材料形成。第一半导体层110的厚度可以在100nm至10μm的范围。
衬底102可以是半绝缘衬底，如图1所示，可以在衬底102上外延生长的第一半导体层110。在另一些实施例中，衬底102也可以是导电衬底，可以在其上生长第一半导体层110，或者衬底102本身可以直接作为第一半导体层110。例如，衬底102可以是GaAs、InP、GaSb的单晶导电衬底或掺杂阱区域。
光子吸收层120通过外延生长技术设置在第一半导体层110上。虽然图1未示出，但是为了光子吸收层120和第一半导体层110之间的晶格匹配，还可以在二者之间形成缓冲层。光子吸收层120可包括交替层叠的势垒层122和量子阱层124，每个量子阱层124的两侧被势垒层122包围。量子阱层124和势垒层122可以是本征半导体层，其材料可以根据第一半导体层110的材料来适当地选择。例如，当第一半导体层110是N型或P型GaAs或AlGaAs层时，势垒层122可以是本征的GaAs或AlGaAs半导体层，量子阱层124可以是例如应变InGaAs量子阱层、InAs量子点层、或InAs/InGaAs量子阱中量子点层。当第一半导体层110是N型或P型的InP或InAlAs层时，势垒层122可以是本征的InP或InAlAs半导体层，量子阱层124可以是例如应变InGaAs量子阱层、InAs量子点层、InAs/InGaAs量子阱中量子点层、InSb量子阱层、或InAsSb量子阱层等。当第一半导体层110是N型或P型GaSb层时，势垒层122可以是本征的GaSb半导体层，量子阱层124可以是例如应变InSb量子阱层、InAs量子阱层、InAsSb量子阱层等。当第一半导体层110是N型或P型的Ge层时，势垒层122可以是本征的Ge或GeSi半导体层，量子阱层124可以是例如Ge量子阱层、GeSi量子阱层等。在这些举例的结构中，根据量子阱的带隙而可以有不同的用途。例如，InSb量子阱、InAsSb量子阱可用于3-5μm的红外热成像等领域，而其余的量子阱则可用于1.1-1.55μm的光纤通信、红外热成像等领域。
势垒层122的厚度可以为1-100nm之间，优选地在2-50nm之间，更优选地在3-30nm之间。量子阱层124的厚度可以为1-60nm之间，优选地在2-40nm之间，更优选地在3-20nm之间。光子吸收层120可以包括周期数为n的量子阱结构，即n个量子阱层124和分别在每个量子阱层124两侧的总共n+1个势垒层122，其中n可以是介于1和200之间的正整数，优选地在5和100之间，更优选地在10和50之间。此外，光子吸收层120的总厚度可以为50nm至20μm之间，优选地在100nm至15μm之间，更优选地在150nm至10μm之间。
第二半导体层130外延生长于光子吸收层120上。在一优选实施例中，第二半导体层130可以是与第一半导体层110材料相同，导电类型相反的半导体层。例如，当第一半导体层110是N型或P型GaAs层、InP层或GaSb层时，第二半导体层130可以是P型或N型GaAs层、InP层或GaSb层。第二半导体层130的厚度可以在100nm至10μm的范围。
在第一半导体层110和第二半导体层130上还可以分别形成有金属电极112和132。第二半导体层130上的金属电极132可以形成有窗口图案，以供入射光通过。窗口内的第二半导体层130上还可以形成有抗反射膜，其例如可以由SiN、SiO2形成，以增大入射到光子吸收层120上的光量。
下面描述根据图1所示的实施例的光电探测器100的一些具体示例。为了清楚和完整地公开，这些示例中提供了许多细节。应理解的是，本发明并不局限于这些特定细节，而是可以在不偏离所附权利要求定义的范围的情况下有许多变化。
示例1
利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法直接在GaAs半绝缘衬底102上外延生长N型GaAs半导体层110，掺杂剂为Si，掺杂浓度为1×1018cm-3，厚度为300nm。然后外延生长光子吸收层120，其包括本征GaAs势垒层122和应变InGaAs量子阱层124，厚度分别为30nm和20nm，重复周期为30。然后外延生长P型GaAs半导体层130，掺杂剂为Mg，掺杂浓度为5×1017cm-3，厚度为200nm。然后，通过光刻蚀刻工艺形成堆叠图案，并且在第一半导体层110和第二半导体层130上形成金属电极112和132。
示例2
利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法在GaAs导电衬底102上外延生长P型AlGaAs半导体层110，掺杂剂为Mg，掺杂浓度为5×1017cm-3，厚度为300nm。然后外延生长光子吸收层120，其包括本征AlGaAs势垒层122和InAs量子点层124，厚度分别为30nm和20nm，重复周期为20。然后外延生长N型AlGaAs半导体层130，掺杂剂为Si，掺杂浓度为1×1018cm-3，厚度为200nm。然后，通过光刻蚀刻工艺形成堆叠图案，并且在第一半导体层110和第二半导体层130上形成金属电极112和132。
示例3
利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)法直接在GaAs半绝缘衬底102上外延生长N型AlGaAs半导体层110，掺杂剂为Si，掺杂浓度为5×1018cm-3，厚度为400nm。然后外延生长光子吸收层120，其包括本征AlGaAs势垒层122和InAs/InGaAs量子阱中量子点层124，厚度分别为30nm和30nm，重复周期为20。然后外延生长P型AlGaAs半导体层130，掺杂剂为Zn，掺杂浓度为5×1017cm-3，厚度为200nm。然后，通过光刻蚀刻工艺形成堆叠图案，并且在第一半导体层110和第二半导体层130上形成金属电极112和132。
示例4
利用分子束外延(MBE)法在InP导电衬底102上外延生长N型InP第一半导体层110，掺杂剂为Si，掺杂浓度为1×1018cm-3，厚度为300nm。然后外延生长光子吸收层120，其包括本征InP势垒层122和应变InGaAs量子阱层124，厚度分别为30nm和20nm，重复周期为20。然后外延生长P型InP半导体层130，掺杂剂为Mg，掺杂浓度为5×1017cm-3，厚度为200nm。然后，通过光刻蚀刻工艺形成堆叠图案，并且在第一半导体层110和第二半导体层130上形成金属电极112和132。
示例5
利用分子束外延(MBE)法在InP半绝缘衬底102上外延生长N型InAlAs第一半导体层110，掺杂剂为Si，掺杂浓度为1×1018cm-3，厚度为300nm。然后外延生长光子吸收层120，其包括本征InAlAs势垒层122和InAs量子点层124，厚度分别为30nm和20nm，重复周期为20。然后外延生长P型InAlAs半导体层130，掺杂剂为Mg，掺杂浓度为5×1017cm-3，厚度为200nm。然后，通过光刻蚀刻工艺形成堆叠图案，并且在第一半导体层110和第二半导体层130上形成金属电极112和132。
示例6-8
示例6-8的结构可以和示例4或5基本相同，除了量子阱层124分别采用InAs/InGaAs量子阱中量子点层、InSb量子阱层和InAsSb量子阱层以外，此处不再赘述。
示例9
利用分子束外延(MBE)法直接在GaSb半绝缘衬底102上生长N型GaSb半导体层，掺杂剂为Te，掺杂浓度为1×1018cm-3，厚度为500nm。然后外延生长光子吸收层120，其包括本征GaSb势垒层122和应变InSb量子阱层124，厚度分别为30nm和20nm，重复周期为30。然后外延生长P型GaSb半导体层130，掺杂剂为Be，掺杂浓度为5×1017cm-3，厚度为300nm。然后，通过光刻蚀刻工艺形成堆叠图案，并且在第一半导体层110和第二半导体层130上形成金属电极112和132。
示例10-11
示例10-11的结构可以和示例9基本相同，除了量子阱层124分别采用InAs量子阱层和InAsSb量子阱层以外。
示例12
利用分子束外延(MBE)法在Si半绝缘衬底102上外延生长N型Si第一半导体层110，掺杂剂为P，掺杂浓度为1×1018cm-3，厚度为300nm。然后外延生长光子吸收层120，其包括本征Si势垒层122和Ge量子阱层124，厚度分别为30nm和20nm，重复周期为20。然后外延生长P型Si半导体层130，掺杂剂为B，掺杂浓度为5×1017cm-3，厚度为200nm。然后，通过光刻蚀刻工艺形成堆叠图案，并且在第一半导体层110和第二半导体层130上形成金属电极112和132。
示例13
利用分子束外延(MBE)法在Si半绝缘衬底102上外延生长N型Si第一半导体层110，掺杂剂为P，掺杂浓度为1×1018cm-3，厚度为300nm。然后外延生长光子吸收层120，其包括本征Si势垒层122和GeSi量子阱层124，厚度分别为30nm和20nm，重复周期为20。然后外延生长P型Si半导体层130，掺杂剂为B，掺杂浓度为5×1017cm-3，厚度为200nm。然后，通过光刻蚀刻工艺形成堆叠图案，并且在第一半导体层110和第二半导体层130上形成金属电极112和132。
上面仅简要描述了一些示例的制造方法。对于本领域技术人员而言，这些半导体层和量子阱层的具体制造工艺是已知的，因此这里省略对其的具体描述，以避免不必要地模糊本发明。
图2示出图1所示的光电探测器100的能带图。如图2所示，光电探测器100工作在反偏压下，光子吸收层120中的势垒层122和量子阱层124具有不同的禁带宽度。具体而言，量子阱层124的禁带宽度可以小于势垒层122的禁带宽度。当具有能量hν的光子经抗反射膜134和第二半导体层130入射到光子吸收层120中的量子阱层124上时，发生价带和导带之间的带间跃迁，生成电子-空穴对。在内建电场和偏置电场的共同作用下，电子向N型半导体层一侧移动，空穴向P型半导体层一侧移动，形成光生电流。在半导体PN结的调制作用，光生载流子迅速进入连续态。这样，从传统的光子-束缚电子-自由电子转换的二级过程变为光子-自由电子转换的一级过程，大幅度提升了量子阱参与的光电转换过程的效率。
图3示出了上述示例1的光电探测器的光电流谱。在该光电探测器中，如前所述，量子阱层124由应变InGaAs形成，势垒层122由本征GaAs材料形成。如图3所示，在与InGaAs量子阱对应的大约1.35eV能量处的光电流远高于与GaAs势垒对应的大约1.47eV能量处的光电流，前者是后者的三倍多。虽然量子阱产生大的光电流的物理原因尚不完全清楚，但是相信PN结的调制作用有助于量子阱层通过带间跃迁而实现高效率的光电转换。
下面参照图4描述根据本发明另一实施例的光电探测器200。在图4所示的光电探测器200中，与图1所示的光电探测器100相同的元件用相同的附图标记指示，这里将省略对其的重复描述。
如图4所示，光电探测器200还包括设置在第一半导体层110和光子吸收层120之间的渐变层210和倍增层220，其中倍增层220设置在第一半导体层110上，渐变层210设置在倍增层220上。
当光子吸收层120中产生的光生载流子例如电子和空穴分别向N区例如第一半导体层110和P区第二半导体层130移动时，载流子例如电子经过倍增层220。倍增层220可以是与其接触的半导体层(这里，为第一半导体层110)导电类型不同的、本征不故意掺杂的半导体层，其形成高电场区。在倍增层220中，电子被加速至足够的平均速度，所携带的能量超过碰撞阈值能量，从而引发晶格碰撞离化效应，产生二次电子空穴对，并且新产生的电子空穴对在倍增层中加速，能够继续发生碰撞离化，使得光电探测器具有内部增益，可以对初始光生载流子进行放大。
渐变层210设置在吸收层120和倍增层220之间。当吸收层120和倍增层220之间存在较大的带隙差别时，向倍增层220移动的载流子可能会受到阻碍而速度大大减小，从而影响倍增效率以及光电探测器的响应时间。为解决该问题，在吸收层120和倍增层220之间设置渐变层210。渐变层210的带隙介于吸收层120和倍增层220之间，并且可以逐渐改变渐变层210材料的组分而使其能带与两端的吸收层120和倍增层220匹配。这样，光电探测器200可以兼具高速、高量子效率和良好增益性能这些优点，实现更大的实用价值。
虽然在图4所示的实施例中，倍增层220设置在第一半导体层110与吸收层120之间，但是可以理解的是，倍增层也可以设置在第二半导体层130与吸收层之间，如图5所示。图5所示的光电探测器300包括设置在吸收层120上的渐变层310和设置在渐变层310上的倍增层320。第二半导体层130设置在倍增层320上。半导体材料可能对电子和空穴具有不同的离化率，因此可以根据倍增层的材料来设置其位置。
图6示出根据本发明另一实施例的光电探测器400，其与图5所示的光电探测器300基本相同，除了在倍增层320与渐变层310之间还设置有电荷层410以外。电荷层410亦可称为电场控制层，其可以调节吸收层中的电场强度，以确保短的载流子渡越时间，进而实现高的响应速度，同时允许未故意掺杂的本征倍增层单独控制倍增区宽度，从而实现高的增益-带宽乘积。
虽然未示出，但是可以理解的是，电荷层亦可以设置在图4所示的光电探测器200中的渐变层210和倍增层220之间。
在上面描述的实施例中，电极112和132均形成在衬底的同一侧。在另一些实施例中，电极112和132亦可形成在衬底的相反两侧。如图7所示，光电探测器500具有与图6所示的光电探测器400基本相同的结构，除了电极512之外。电极512设置在导电衬底102的下表面上，并且覆盖整个表面。电极512还可以用作反射层，其将穿过光子吸收层120而未被吸收的光反射回到光子吸收层120中，从而提升光电转换效率。在未示出的又一些实施例中，光亦可从衬底的下表面入射，穿过衬底102和第一半导体层110入射到光子吸收层120中。在该情况下，电极512可被图案化以具有供光穿过的窗口，窗口中的衬底102的表面上可以形成有抗反射层134。电极132可以覆盖第二半导体层130的整个上表面，并且用作光反射层。
本发明的光电探测器可以应用于各种光电器件和电路中。例如，具有应变InGaAs量子阱、InAs量子阱、InAs/InGaAs量子阱中量子点、Ge量子阱、GeSi量子阱的光电探测器可以应用于1.1-1.55μm的光纤通信以及红外成像等领域，而具有InAsSb量子阱、应变InSb量子阱的光电探测器可用于3-5μm的红外热成像等领域。图8示出根据本发明一实施例的成像装置600。如图8所示，成像装置600包括行控制器610、排列成行和列的多个像素620、以及沿列方向延伸的多条位线630。
每个像素620可以包括光电二极管622，其可以是上面描述的光电探测器中的任何一种。光电二极管622感测到红外光时，生成信号电荷。转移晶体管624在收到行控制器610发出的转移控制信号TRS时导通，将光电二极管622生成的信号电荷转移到浮置扩散区FD。放大晶体管628可以对浮置扩散区FD中的信号电荷进行放大，输出放大信号，并且经选择晶体管629输出到位线630。选择晶体管629在收到行控制器610发出的选择控制信号SEL时导通，将放大晶体管628的输出信号提供给位线630。在另一实施例中，选择晶体管629也可以被省略。像素620还可以包括复位晶体管626，其在收到行控制器610发出的复位控制信号RST时导通，将浮置扩散区FD处的电势设置到预定电势，例如设置为地电势。
图9示出根据本发明一实施例的光纤通信系统。如图9所示，光纤通信系统700包括光发射机710、光纤720和光接收机730。光发射机710中可包括光源712，例如激光器。光源712发射的激光被调制器714调制，以携带通信信号，然后被送往光纤720。光接收机730接收来自光纤720的光通信信号。光接收机730可包括有光电探测器732，其可以是上面描述的能用于光纤通信的那些光电探测器。光电探测器732将光通信信号转变为电信号，以供进一步处理，例如由解调器(未示出)解调出有用的通信信号。
虽然上面参照示范性实施例描述了本发明，但是本发明不限于此。本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围和思想的情况下，可以进行形式和细节上的各种变化和修改。本发明的范围仅由所附权利要求及其等价物定义。

Claims (10)

1.一种光电探测器，包括：
第一半导体层，其具有第一导电类型；
第二半导体层，其具有第二导电类型，所述第二导电类型不同于所述第一导电类型；以及
设置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的光子吸收层，所述光子吸收层包括至少一个量子阱层以及设置在每个所述量子阱层两侧的势垒层。
2.如权利要求1所述的光电探测器，其中所述第一半导体层、所述第二半导体层和所述势垒层包括GaAs或AlGaAs，且
其中所述量子阱层包括选自如下组的材料：应变InGaAs量子阱、InAs量子点、以及InAs/InGaAs量子阱中量子点。
3.如权利要求1所述的光电探测器，其中所述第一半导体层、所述第二半导体层和所述势垒层包括InP或InAlAs，且
其中所述量子阱层包括选自如下组的材料：应变InGaAs量子阱、InAs量子点、InAs/InGaAs量子阱中量子点、应变InSb量子阱、InAsSb量子阱。
4.如权利要求1所述的光电探测器，其中所述第一半导体层、所述第二半导体层和所述势垒层包括GaSb，且
其中所述量子阱层包括选自如下组的材料：应变InSb量子阱、InAs量子阱、InAsSb量子阱。
5.如权利要求1所述的光电探测器，其中所述第一半导体层、所述第二半导体层和所述势垒层包括Si，且
其中所述量子阱层包括选自如下组的材料：Ge量子阱和GeSi量子阱。
6.如权利要求1所述的光电探测器，其中所述第一导电类型是P型和N型中的一种，所述第二导电类型是P型和N型中的另一种，所述量子阱层和所述势垒层是本征半导体层。
7.如权利要求1所述的光电探测器，其中所述光子吸收层包括n个量子阱层，n是1至200之间的正整数，且
其中所述量子阱层的厚度为1-60nm，所述势垒层的厚度为1-100nm。
8.如权利要求1所述的光电探测器，还包括：
设置在所述光子吸收层与所述第一半导体层或所述第二半导体层之间的倍增层；
设置在所述倍增层与所述光子吸收层之间的电荷层；以及
设置在所述吸收层与所述电荷层之间的渐变层。
9.如权利要求1所述的光电探测器，其中所述光电探测器是红外光电探测器，且
其中所述量子阱层在吸收红外光时发生价带和导带之间的跃迁，产生光生载流子。
10.一种光纤通信系统，包括：
光发射机，用于发射光通信信号，所发射的光通信信号经光纤传输；以及
光接收机，用于接收所述光通信信号，并且将所接收的光通信信号转化为电信号，其中所述光接收机包括光电探测器，所述光电探测器包括：
第一半导体层，其具有第一导电类型；
第二半导体层，其具有第二导电类型，所述第二导电类型不同于所述第一导电类型；以及
设置在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的光子吸收层，所述光子吸收层包括至少一个量子阱层以及设置在每个所述量子阱层两侧的势垒层。
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