CN110581123A - 一种光子频率上转换器件及其生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型光子频率上转换器件与方法，所述器件包括近红外光电探测器(1)、发光二极管(2)和渐变层(3)，所述渐变层(3)位于近红外光电探测器(1)和发光二极管(2)之间；所述渐变层(3)用于克服所述近红外光电探测器(1)和所述发光二极管(2)之间晶格失配的影响；所述方法可以一次性直接外业生长得到整个光子频率双转换器件，无需晶片键合步骤，使所述光子上转换器件结构紧凑，大大简化了制备工艺，降低了成本，提高了上转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，具体涉及一种直接外延生长的光子频率上转换器件及其生长方法。
背景技术
红外上转换技术指的是将红外光信号转换为短波红外或者可见光信号再进行探测的一种技术手段，在激光冷却、材料质量检测、无像元成像、单光子探测等领域有着广泛的应用。过去的几十年中，人们发明了各种上转换技术，包括热激发红外上转换、稀土离子红外上转换、光参量红外上转换、俄歇红外上转换、两步-双光子吸收红外上转换、红外探测器-发光二极管(PD-LED)红外上转换等。其中光参量上转换技术为目前主要的上转换技术，该技术通过非线性光学晶体里的和频技术，通过泵浦光和入射光子的非线性和频将入射光子上转换为可见光子。经过多年的发展，该技术已经可以获得很高的上转换效率，但是该上转换技术中的噪声较大，这一点在诸如单光子探测等应用中严重制约了探测效率。此外，光参量上转换需要额外的激光源及及其复杂的光路设计，这一点也严重制约了其大规模应用。
PD-LED上转换通过探测器和发光二极管的串联可以实现很高的上转换效率，由于GaAs发光二极管和GaAs基的THz量子阱探测器不存在晶格失配的问题，所以基于GaAs的远红外/太赫兹上转换器件已经实现直接外延生长制备(Fu(Sci Rep,2016,6:25383))。但是，近红外波段的InGaAs探测器却和GaAs基二极管存在严重的晶格失配问题，不能通过直接生长得到。近年来，Luo(J Vac Sci Technol A,2004,22(3):788-791)和Yang(Prog QuantElectron,2011,35(4):77-108)等人提出的将红外探测器与发光二极管通过分别生长再进行晶片键合集成上转换器件，该技术最大的优势在于思路清晰，物理原理简单，同时结合了成熟的近红外InGaAs探测器和GaAs基发光二极管的优势，可以实现无像元成像的同时规避了读出电路的高额成本等，经过多年的发展，该技术已经已经取得了很大的成就。但是，该技术需要两次分别外延生长发光二极管和红外探测器，然后再通过晶片键合的方式集成在一起。两次外延生长和晶片键合的高昂成本以及繁琐的制备工艺大大限制了这一上转换器件的应用。
基于以上前提，寻求一种成本低廉、制备方便、性能优良、结构紧凑的近红上转换器件有着重要的意义和深远的影响。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提供了一种新型光子频率上转换器件，包括近红外光电探测器、发光二极管和渐变层，所述渐变层位于近红外光电探测器和发光二极管之间。
所述近红外光电探测器将入射的红外光信号转换为光生载流子。
所述发光二极管将所述近红外光电探测器产生的光生载流子转换为近红外或者可见光子，进而实现上转换。
所述渐变层用于克服所述近红外光电探测器和所述发光二极管之间晶格失配的影响，一次性直接外延生长得到整个光子频率上转换器件。
所述光子频率上转换器件由外延生长技术直接生长获得。
所述近红外光电探测器为Ⅲ-Ⅴ族半导体探测器。
所述近红外光电探测器的衬底为InP。
所述近红外光电探测器从下往上包括n型帽层、本征吸收层。
所述近红外光电探测器还可以包括p型帽层。
所述n型帽层厚度为300～800nm，优选地为400～600nm，更优选地为500nm。
所述n型帽层为整个光子频率上转换器件的下接触层并且决定了入射光的短波截止频率，一般要求1×1018cm-3以上n型重掺杂，保证与电极之间的良好欧姆接触。
所述本征吸收层厚度为13μm，优选地为1.5～2.5μm，更优选地为2μm。
所述本征吸收层吸收900～1700nm的光子，常温下峰值吸收处于1550nm左右，吸收率可以接近100％。
所述p型帽层厚度为300～800nm，优选地为400～600nm，更优选地为500nm。
所述近红外光电探测器为含有P型帽层的InP/InGaAs p-i-n探测器或不含有P型帽层(13)的InP/InGaAs n-i探测器。
所述不含p型帽层InP/InGaAs p-i-n探测器的上转换器件，工作性能并不受影响，同时外延生长的时候可以省去一步InP的生长，简化了器件生长制备过程。
所述InP/InGaAs p-i-n探测器中n型帽层为InP，本征吸收层为InGaAs，p型帽层为InP。
所述InP/InGaAs n-i探测器中n型帽层为InP，本征吸收层为InGaAs。
所述近红外光电探测器的工作波长范围为800nm～1700nm。
所述红外光电探测器的厚度为2～5μm，优选地为3～3.5μm，更优选地为3μm。
所述发光二极管从下往上包括第一势垒层、激活层、第二势垒层。
所述激活层中载流子发生辐射复合。
所述第一势垒层、第二势垒层主要作用为调控激活层中载流子浓度。
所述第一势垒层厚度为100～600nm，优选地为200～400nm，更优选地为300nm。
所述第二势垒层厚度为100～600nm，优选地为200～400nm，更优选地为300nm。
所述激活层厚度为100～800nm，优选地为200～600nm，更优选地为400nm。
所述发光二极管厚度为800～2000nm，优选地为900～1200nm，更优选地为1050nm。
所述发光二极管为GaAs/AlxGa1-xAs双异质结发光二极管。
所述GaAs/AlxGa1-xAs双异质结发光二极管的第一势垒层为AlxGa1-xAs，激活层为GaAs，第二势垒层为AlxGa1-xAs，所述第一势垒层与第二势垒层关于激活层中心轴对称。
所述发光二极管的两个AlxGa1-xAs势垒层既可以是Al组分确定的势垒层(即x取一确定值，取值范围为0.1～0.3)，也可以是Al组分随厚度渐变的AlxGa1-xAs势垒层(即x取值随着厚度的变化从0.1渐变到0.3)，优选地为Al组分随厚度渐变的AlxGa1-xAs势垒层。
所述第一势垒层由下到上Al组分(即x值)随着厚度的增加从0.3线性渐变到0.1。
所述第二势垒层由下到上Al组分(即x值)随着厚度的增加从0.1线性渐变到0.3。
所述发光二极管室温下(300K)发光波长为870nm。
所述发光二极管在极低温下(4K)发光波长为820nm。
所述发光二极管在低温下(<300K)发光波长随温度的降低而减小。
所述渐变层至少有一种元素组分逐渐变化。
所述渐变层的组分渐变元素的原子百分比随厚度变化而改变。
所述渐变层元素组分渐变方式可以是组分随着厚度呈线性渐变，也可以是组分随着厚度阶梯式渐变。
所述渐变层厚度为300nm～1000nm，优选地为400～600nm，更优选地为500nm。
所述渐变层为InyGa1-yAs。
所述InyGa1-yAs渐变层InyGa1-yAs中In组分(即y取值)由0.53渐变到0，渐变方向由近红外光电探测器向发光二极管逐渐变小。
本发明还提供了一种生长光子频率上转换器件的方法，采用外延生长技术可直接生长光子频率上转换器件，包括以下步骤：a)在衬底上生长近红外光电探测器；b)在近红外光电探测器上生长渐变层；c)在渐变层(3)上生长发光二极管。
所述方法中，所述在衬底上生长近红外光电探测器的生长方法为分子束外延(MBE)、离子束外延、液相外延(LPE)、化学气相沉积(CVD)、金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)或气相外延(VPE)。
所述方法中，所述在近红外光电探测器上生长渐变层的生长方法为分子束外延(MBE)、离子束外延、液相外延(LPE)、化学气相沉积(CVD)、金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)或气相外延(VPE)。
所述方法中，所述在渐变层上生长发光二极管的生长方法为分子束外延(MBE)、离子束外延、液相外延(LPE)、化学气相沉积(CVD)、金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)或气相外延(VPE)。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明所述光子频率上转换器件由一次外延生长得到，结构紧凑；
2、相较于传统的晶片键合的上转换器件，本发明所述光子频率上转换器件通过渐变层实现近红外光电探测器和发光二极管的连接，省去了发光二极管单独外延生长步骤和晶片键合步骤，大大降低了器件制备成本；
3、本发明所述光子频率上转换器件未经过晶片键合，规避了键合界面处的大量缺陷态所致复合中心对于器件性能的影响，从而使得器件上转换效率大大提高，而且可以工作在室温；
4、本发明所述的光子频率上转换器件基于Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物材料，器件制备方法与现有半导体产业工序完全兼容，因此可以保证低成本大规模制备，这对于其大规模推广应用有着重要意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为光子频率上转换器件结构示意图；
图2为近红外光电探测器不含p型帽层的上转换器件结构示意图；
图3为近红外光电探测器含有p型InP帽层的上转换器件结构示意图；
图4为发光二极管中第一势垒层与第二势垒层中Al组分渐变示意图；
图5为发光二极管中第一势垒层与第二势垒层中Al组分恒定示意图；
图6为渐变层为InyGa1-yAs线性渐变方式；
图7为渐变层为InyGa1-yAs阶梯渐变方式；
图8为实施例一的上转换器件结构示意图；
图9为实施例二的上转换器件结构示意图；
图10为实施例三的上转换器件结构示意图；
图11为实施例四的上转换器件结构示意图；
图12为实施例四的材料性能二次离子质谱(SIMS)图；
图13为实施例四的材料性能双晶X射线衍射(XRD)图；
具体实施方式
以下结合说明书附图和优选的具体实施例对本发明作进一步的说明和描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
其中，图1为光子频率上转换器件结构示意图；图2为近红外光电探测器不含p型帽层的上转换器件结构示意图；图3为近红外光电探测器含有p型InP帽层的上转换器件结构示意图；图4为发光二极管中第一势垒层与第二势垒层中Al组分渐变示意图；图5为发光二极管中第一势垒层与第二势垒层中Al组分恒定示意图；图6为渐变层为InyGa1-yAs线性渐变方式；图7为渐变层为InyGa1-yAs阶梯渐变方式。
本发明提供了一种新型光子频率上转换器件，包括近红外光电探测器1、发光二极管2和渐变层3，所述渐变层3位于近红外光电探测器1和发光二极管2之间。
所述近红外光电探测器1将入射的红外光信号转换为光生载流子。
所述发光二极管2将所述近红外光电探测器1产生的光生载流子转换为近红外或者可见光子，进而实现上转换。
所述渐变层3用于克服所述近红外光电探测器1和所述发光二极管2之间晶格失配的影响，一次性直接外延生长得到整个光子频率上转换器件。
所述光子频率上转换器件由外延生长技术直接生长获得。
所述近红外光电探测器1为Ⅲ-Ⅴ族半导体探测器。
所述近红外光电探测器1的衬底4为InP。
所述近红外光电探测器1从下往上包括n型帽层11、本征吸收层12。
所述近红外光电探测器1还可以包括p型帽层13。
所述n型帽层11厚度为300～800nm，优选地为400～600nm，更优选地为500nm。
所述n型帽层11为整个光子频率上转换器件的下接触层并且决定了入射光的短波截止频率，一般要求1×1018cm-3以上n型重掺杂，保证与电极之间的良好欧姆接触。
所述本征吸收层12厚度为13μm，优选地为1.5～2.5μm，更优选地为2μm。
所述本征吸收层12吸收900～1700nm的光子，常温下峰值吸收处于1550nm左右，吸收率可以接近100％。
所述p型帽层13厚度为300～800nm，优选地为400～600nm，更优选地为500nm。
所述近红外光电探测器1为含有P型帽层13的InP/InGaAs p-i-n探测器或不含有P型帽层13的InP/InGaAs n-i探测器。
所述不含p型帽层13InP/InGaAs p-i-n探测器的上转换器件，工作性能并不受影响，同时外延生长的时候可以省去一步InP的生长，简化了器件生长制备过程。
所述InP/InGaAs p-i-n探测器中n型帽层11为InP，本征吸收层12为InGaAs，p型帽层13为InP。
所述InP/InGaAs n-i探测器中n型帽层11为InP，本征吸收层12为InGaAs。
所述近红外光电探测器1的工作波长范围为800nm～1700nm。
所述红外光电探测器1的厚度为2～5μm，优选地为3～3.5μm，更优选地为3μm。
所述发光二极管2从下往上包括第一势垒层21、激活层22、第二势垒层23。
所述激活层22中载流子发生辐射复合。
所述第一势垒层21、第二势垒层23主要作用为调控激活层中载流子浓度。
所述第一势垒层21厚度为100～600nm，优选地为200～400nm，更优选地为300nm。
所述第二势垒层23厚度为100～600nm，优选地为200～400nm，更优选地为300nm。
所述激活层22厚度为100～800nm，优选地为200～600nm，更优选地为400nm。
所述发光二极管2厚度为800～2000nm，优选地为900～1200nm，更优选地为1050nm。
所述发光二极管2为GaAs/AlxGa1-xAs双异质结发光二极管。
所述GaAs/AlxGa1-xAs双异质结发光二极管的第一势垒层21为AlxGa1-xAs，激活层22为GaAs，第二势垒层23为AlxGa1-xAs，所述第一势垒层21与第二势垒层23关于激活层22中心轴对称。
所述发光二极管的两个AlxGa1-xAs势垒层既可以是Al组分确定的势垒层(即x取一确定值，取值范围为0.1～0.3)，也可以是Al组分随厚度渐变的AlxGa1-xAs势垒层(即x取值随着厚度的变化从0.1渐变到0.3)，优选地为Al组分随厚度渐变的AlxGa1-xAs势垒层。
所述第一势垒层由下到上Al组分(即x值)随着厚度的增加从0.3线性渐变到0.1。
所述第二势垒层由下到上Al组分(即x值)随着厚度的增加从0.1线性渐变到0.3。
所述发光二极管室温下(300K)发光波长为870nm。
所述发光二极管在极低温下(4K)发光波长为820nm。
所述发光二极管在低温下(<300K)发光波长随温度的降低而减小。
所述渐变层3至少有一种元素组分逐渐变化。
所述渐变层3的组分渐变元素的原子百分比随厚度变化而改变。
所述渐变层3元素组分渐变方式可以是组分随着厚度呈线性渐变，也可以是组分随着厚度阶梯式渐变。
所述渐变层3厚度为300nm～1000nm，优选地为400～600nm，更优选地为500nm。
所述渐变层3为InyGa1-yAs。
所述InyGa1-yAs渐变层3InyGa1-yAs中In组分(即y取值)由0.53渐变到0，渐变方向由近红外光电探测器1向发光二极管2逐渐变小。
本发明还提供了一种生长光子频率上转换器件的方法，采用外延生长技术可直接生长光子频率上转换器件，包括以下步骤：a)在衬底上生长近红外光电探测器1；b)在近红外光电探测器1上生长渐变层3；c)在渐变层3上生长发光二极管2。
所述方法中，所述在衬底上生长近红外光电探测器1的生长方法为分子束外延(MBE)、离子束外延、液相外延(LPE)、化学气相沉积(CVD)、金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)或气相外延(VPE)。
所述方法中，所述在近红外光电探测器1上生长渐变层3的生长方法为分子束外延(MBE)、离子束外延、液相外延(LPE)、化学气相沉积(CVD)、金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)或气相外延(VPE)。
所述方法中，所述在渐变层3上生长发光二极管2的生长方法为分子束外延(MBE)、离子束外延、液相外延(LPE)、化学气相沉积(CVD)、金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)或气相外延(VPE)。
实施例一：
一种直接外延生长的光子频率上转换器件，如图8所示，为本发明的直接外延生长的近红外光子频率上转换器件，包括近红外探测器1、渐变层3和发光二极管2三部分；其中近红外探测器1吸收入射的近红外光信号，将其转换为光生载流子，产生的光生载流子将在电场作用下迁移到发光二极管2的激活区发生辐射复合发出短波近红外光子或者可见光子，从而实现上转换。生长时所述近红外光子频率上转换器件采用MBE法在厚度为500μm、衬底层4为InP的衬底上直接外延生长得到。外延时，先在InP上外延生长近红外探测器1，再在近红外探测器1的p型InP上外延生长渐变层，最后在渐变层3上外延生长发光二极管2。
所述近红外探测器1为含有P型帽层13的InP/In0.53Ga0.47As p-i-n红外探测器：其中n型帽层11为800nm厚度的n型InP；本征吸收层12为3μm厚的InGaAs，p型帽层13为300nm厚度的p型InP。
所述发光二极管2为GaAs/AlGaAs双异质结发光二极管，其中第一势垒层21为200nm厚度的p型AlxGa1-xAs，激活层22为800nm厚度的P型GaAs，第二势垒层23为200nm厚度的n型AlxGa1-xAs；第一势垒层21与第二势垒层23中Al组分x＝0.2。
所述近红外探测器1和发光二极管2之间通过渐变层3连接，渐变层3为厚度为300nm的InyGa1-yAs，其中In组分由0.53线性渐变到0，即渐变方向从p型InP层到第一势垒层，In组分从0.53线性渐变到0。渐变层3既能实现很好的电连接，又克服了InP与GaAs的晶格失配，使得整个上转换器件可以直接一步外延生长得到。
实施例二：
一种直接外延生长的光子频率上转换器件，如图9所示，为本发明的直接外延生长的近红外光子频率上转换器件，生长时所述近红外光子频率上转换器件采用MOCVD法在厚度为700um、衬底层4为InP的衬底上直接外延生长得到。外延时，先在InP上外延生长近红外探测器1，再在近红外探测器1的p型InP上外延生长渐变层，最后在渐变层3上外延生长发光二极管2。
所述近红外探测器1为含有P型帽层13的InP/In0.53Ga0.47As p-i-n红外探测器：其中n型帽层11为400nm厚度的n型InP；本征吸收层12为2μm厚的InGaAs，p型帽层13为400nm厚度的p型InP。
所述发光二极管2为GaAs/AlGaAs双异质结发光二极管，其中第一势垒层21为600nm厚度的p型AlxGa1-xAs，激活层22为300nm厚度的P型GaAs，第二势垒层23为600nm厚度的n型AlxGa1-xAs；第一势垒层21随着厚度的增加从0.3线性渐变到0.1，即从第一势垒层21到激活层22方向上x从0.3线性渐变到0.1；第二势垒层23随着厚度的增加从0.1线性渐变到0.3，即从激活层22到第一势垒层23方向上x从0.1线性渐变到0.3；
所述近红外探测器1和发光二极管2之间通过渐变层3连接，渐变层3为1000nm厚度的InyGa1-yAs，其中In组分由0.53阶梯渐变到0，即渐变方向从p型InP层到第一势垒层，In组分从0.53阶梯渐变到0。渐变层3既能实现很好的电连接，又克服了InP与GaAs的晶格失配，使得整个上转换器件可以直接一步外延生长得到。
实施例三：
一种直接外延生长的光子频率上转换器件，如图10所示，为本发明的直接外延生长的近红外光子频率上转换器件，包括近红外探测器1、渐变层3和发光二极管2三部分。生长时所述近红外光子频率上转换器件采用CVD法在厚度为600um、衬底层4为InP的衬底上直接外延生长得到。外延时，先在InP上外延生长近红外探测器1，再在近红外探测器1的本征吸收层12上外延生长渐变层3，最后在渐变层3上外延生长发光二极管2。
所述近红外探测器1为不含P型帽层的InP/InGaAs n-i红外探测器：其中n型帽层11为600nm厚度的n型InP；本征吸收层12为1μm厚的InGaAs。
所述发光二极管2为GaAs/AlGaAs双异质结发光二极管，其中第一势垒层21为400nm厚度的p型AlxGa1-xAs，激活层22为500nm厚度的P型GaAs，第二势垒层23为400nm厚度的n型AlxGa1-xAs；第一势垒层21与第二势垒层23中Al组分x＝0.25。
所述近红外探测器1和发光二极管2之间通过渐变层3连接，渐变层3为800nm厚度的InyGa1-yAs，其中In组分由0.53线性渐变到0，即渐变方向从本征吸收层InGaAs层到第一势垒层，In组分从0.53线性渐变到0。渐变层3既能实现很好的电连接，又克服了InGaAs与GaAs的晶格失配，使得整个上转换器件可以直接一步外延生长得到。
实施例四：
一种直接外延生长的光子频率上转换器件，如图11所示，为本发明的直接外延生长的近红外光子频率上转换器件，生长时所述近红外光子频率上转换器件采用MBE法在厚度为640um、衬底层4为InP的衬底上直接外延生长得到。外延时，先在InP上外延生长近红外探测器1，再在近红外探测器1的本征吸收层12上外延生长渐变层3，最后在渐变层3上外延生长发光二极管2。
所述近红外探测器1为不含P型帽层的InP/InGaAs n-i探红外探测器：其中n型帽层11为500nm厚度的n型InP；本征吸收层12为2μm厚的InGaAs。
所述发光二极管2为GaAs/AlGaAs双异质结发光二极管，其中第一势垒层21为400nm厚度的p型AlxGa1-xAs，激活层22为P型GaAs，第二势垒层23为n型AlxGa1-xAs；第一势垒层21随着厚度的增加从0.3线性渐变到0.1，即从第一势垒层21到激活层22方向上x从0.3线性渐变到0.1；第二势垒层23随着厚度的增加从0.1线性渐变到0.3，即从激活层22到第一势垒层23方向上x从0.1线性渐变到0.3；
所述近红外探测器1和发光二极管2之间通过渐变层3连接，渐变层3为InyGa1-yAs，其中In组分由0.53阶梯渐变到0，即渐变方向从p型InP层到第一势垒层，In组分从0.53阶梯渐变到0。渐变层3既能实现很好的电连接，又克服了InGaAs与GaAs的晶格失配，使得整个上转换器件可以直接一步外延生长得到。
上述生长的材料性能由二次离子质谱(SIMS)和双晶X射线衍射(XRD)进行性能表征，表征结果分别如图12、13所示。从图12的SIMS可看出所测得的In、Ga、Al的组分均按照设计参数严格生长，误差不超过1％；从图13的XRD可看出两个峰分别代表InP和GaAs的衍射峰，计算得知，通过组分渐变的方式，约为98％的晶格失配所致应力被释放掉，材料质量满足上转换器件要求。
生长成功的外延片均利用标准的半导体工艺(解理、光刻、刻蚀、电极沉积、封装等)制备而成，再引出电极，就获得了一个紧凑、高效、价格较低的近红外光子频率上转换器件。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明所述光子频率上转换器件由一次外延生长得到，结构紧凑；
2、相较于传统的晶片键合的上转换器件，本发明所述光子频率上转换器件通过渐变层实现近红外光电探测器和发光二极管的连接，省去了发光二极管单独外延生长步骤和晶片键合步骤，大大降低了器件制备成本；
3、本发明所述光子频率上转换器件未经过晶片键合，规避了键合界面处的大量缺陷态所致复合中心对于器件性能的影响，从而使得器件上转换效率大大提高，而且可以工作在室温；
4、本发明所述的光子频率上转换器件基于Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物材料，器件制备方法与现有半导体产业工序完全兼容，因此可以保证低成本大规模制备，这对于其大规模推广应用有着重要意义。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Claims (13)
1.一种光子频率上转换器件，其特征在于，包括近红外光电探测器(1)、发光二极管(2)和渐变层(3)，所述渐变层(3)位于近红外光电探测器(1)和发光二极管(2)之间。
2.一种如权利要求1所述的光子频率上转换器件，其特征在于，所述渐变层(3)至少有一种元素组分逐渐变化。
3.一种如权利要求2所述的光子频率上转换器件，其特征在于，所述渐变层(3)的组分渐变元素的原子百分比随厚度变化而改变。
4.一种如权利要求1所述的光子频率上转换器件，其特征在于，所述近红外光电探测器(1)为InP基的Ⅲ-Ⅴ族半导体探测器。
5.一种如权利要求1或4所述的光子频率上转换器件，其特征在于，所述近红外光电探测器(1)为InP/InGaAs p-i-n探测器或InP基InP/InGaAs n-i探测器。
6.一种如权利要求1或4所述的光子频率上转换器件，其特征在于，所述近红外光电探测器(1)的工作波长范围为800nm～1700nm。
7.一种如权利要求1所述的光子频率上转换器件，其特征在于，所述发光二极管(2)为GaAs/AlxGa1-xAs双异质结发光二极管。
8.一种如权利要求1或7所述的光子频率上转换器件，其特征在于，所述发光二极管(2)室温下发光波长为870nm。
9.一种如权利要求1～3任一项所述的光子频率上转换器件，其特征在于，所述渐变层(3)为InGaAs。
10.一种如权利要求9所述的光子频率上转换器件，其特征在于，所述渐变层(3)InGaAs中In组分由0.53渐变到0，渐变方向由近红外光电探测器(1)向发光二极管(2)逐渐变小。
11.一种如权利要求1～3任一项所述的光子频率上转换器件，其特征在于，所述渐变层(3)厚度为300nm～1000nm。
12.一种光子频率上转换器件生长方法，其特征在于，采用外延生长技术，包括以下步骤：
a)在衬底上生长近红外光电探测器(1)；
b)在近红外光电探测器(1)上生长渐变层(3)；
c)在渐变层(3)上生长发光二极管(2)。
13.一种如权利要求12所述的光子频率上转换器件生长方法，其特征在于，所述外延生长技术为分子束外延技术、离子束外延技术、液相外延技术、化学气相沉积技术、金属有机化合物化学气相沉积技术或气相外延技术。
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