TW202105755A - 高指數基板上形成的光電感測器結構 - Google Patents

高指數基板上形成的光電感測器結構 Download PDF

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Abstract

用於感測入射光的層狀結構包括具有高密勒指數晶體取向的表面的基板和在該基板之該表面上形成的超晶格結構。與形成在具有(100)晶體取向的表面之基板上的超晶格結構相比，超晶格結構與高密勒指數晶體取向對齊，並且基於晶體取向表現出紅移的長波紅外光反應範圍。

Description

高指數基板上形成的光電感測器結構
本發明涉及一種光電感測器結構，特別是一種長波紅外光的光電感測器結構。
光感測器通常在某些光譜範圍內提供指示入射光的電子信號。例如，某些光感測器架構採用塊層(bulk layer)來實現光電行為，而其他光感測器架構則包括超晶格結構(superlattice structure，SLS)。通常，在後一種類型中，為了增加光感測器的工作波長，需要增加超晶格(superlattice，SL)週期，這會導致吸收層材料之每一單個SL週期或每一厚度單位的吸收係數減小，因為吸收是在波函數重疊之SL的界面處發生的。
本公開針對可用於光感測的包括超晶格的層狀結構。超晶格(SL)包括層狀的周期性結構(例如，兩種材料的交替分層，每層具有指定的厚度)。通過改變在其上形成SL結構的基板晶體取向，而不是改變SL週期或層組成本身，可以在不改變超晶格的物理性質的情況下改變光感測器的反應。
在一些實施例中，與具有相同(SL)週期的材料和在(100)方向上製造的合金成分相比下，本公開針對在具有(n11)密勒指數取向(例如，(211)或(311)取向)的基板上生長的光感測器會導致光致發光和截止波長的紅移。這可以在磊晶的長波長範圍內實現相對較高的量子效率，而無需改變SL的設計。
使用高密勒指數(「高指數」)基板(例如，具有沿(n11)晶格取向的表面)允許所得的層狀結構利用固有的晶體極性。此外，這些基板使得能夠形成高性能(例如，更大的量子效率)的長波紅外光(long-wave infrared，LWIR)的光感測器結構。
本公開中描述的層狀結構包括具有表面的基板，該表面具有高密勒指數(即，高指數)的晶體取向。例如，層狀結構可以具有包括(311)取向表面的基板。在一些實施例中，層狀結構包括具有III-V族半導體材料的基板。例如，半導體材料可以是GaSb。層狀結構包括在基板的該表面上形成的超晶格結構。在一些實施例中，超晶格結構直接在基板的該表面上方形成。超晶格結構與高指數晶體取向對齊。基於高指數晶體取向，超晶格結構可表現出紅移的長波紅外光反應範圍。例如，在高指數取向的表面上磊晶生長的超晶格結構可以接收包括長波紅外光的入射輻射。與位在(100)取向基材上之具有相似週期和合金成分的材料相比，與高指數方向對齊的超晶格結構可以對紅移的長波紅外光之波長處有所反應(例如，會產生電子信號)。
在一些實施例中，層狀結構包括形成在基板上方的緩衝層。在一些實施例中，緩衝層直接形成在基板上方。緩衝層可以包括III-V族半導體材料。例如，在基板上磊晶生長的緩衝層可以包括GaSb。
在一些實施例中，層狀結構包括形成在超晶格結構上方的吸收層。吸收層可以包括一種或多種基於III族和/或V族元素的化合物。在一些實施例中，超晶格結構包括基於III族和/或V族元素的一種或多種化合物的交替層。例如，吸收層可以包括基於In和As的化合物。在一些實施例中，吸收層包括包含Sb和/或Ga的化合物。例如，超晶格結構可以包括或者是由InAs和GaSb的交替層製成的吸收層。在其他實施例中，層狀結構可以包括不包括Ga的超晶格結構。例如，超晶格結構可以包括由InAsSb和InAs的交替層製成的吸收層。在一些實施例中，超晶格結構和/或吸收層包括III族和/或V族元素的二元、三元或者是二元和三元化合物之一些組合的交替層。例如，超晶格結構可以包括InAsSb和InGaSb的交替層。在另一個非限制性示例中，吸收層可以包括InAs和InGaSb的交替層。
在一些實施例中，層狀結構包括形成在超晶格結構上方的阻擋層。阻擋層可以包括III族和/或V族元素。例如，在超晶格結構上磊晶生長的阻擋層可以包括AlGaAsSb。在一些實施例中，層狀結構包括在阻擋層之上的頂層。在一些實施例中，頂層包括或為接觸層。接觸層可以包括基於III族和/或V族元素的一種或多種化合物的交替層。例如，在阻擋層上磊晶生長的接觸層可以包括InAsSb和InAs的交替層。在另一示例中，磊晶生長在阻擋層上的接觸層可以包括InAs和GaSb的交替層。
如本公開中所描述的層狀結構可以表現出紅移長波紅外光(LWIR)的反應範圍。例如，與在(100)基板上生長的超晶格結構相比，包括高指數取向的基板表面和在該表面上磊晶生長並與該高指數取向對齊的超晶格結構的層狀結構可以對紅移波長的入射光有反應。紅移反應範圍可以至少部分地由基於高指數晶體取向的超晶格結構中的壓電效應和/或合金有序效應引起。
光感測器或光敏元件可以包括層狀結構，該層狀結構包括具有高指數取向的表面的基板和形成在該高指數取向的表面之上的SLS。與包括在(100)取向的基板表面上形成的超晶格結構的光感測器相比，該光感測器可以被配置為感測磊晶的長波紅外光範圍內的光。在一些實施例中，包括在此所述的層狀結構的光感測器包括具有(100)取向的晶體表面的基板。在這樣的實施例中，在光感測器中的高指數取向的表面上形成的SLS對最多為15微米(即，最多15微米)波長的入射光作出反應。與在(100)取向的表面上形成超晶格結構並對齊(100)取向的光感測器相比，在光感測器中的高指數取向表面上形成的SLS對磊晶波長範圍內的入射光作出反應。例如，光感測器可以包括(100)取向的基板。光感測器可以包括具有(211)取向表面的基底和在基底表面上磊晶生長並對齊(211)取向的超晶格結構的層狀結構。與具有形成在(100)取向的表面上並對齊(100)取向表面的超晶格結構的光感測器相比，該光感測器可以對紅移磊晶的波長範圍有反應。
在一些實施例中，本公開針對用於感測光的技術，該技術包括形成光敏結構。該技術包括沿將高密勒指數晶體取向之基底的表面定向，在高密勒指數表面上形成超晶格結構，接收包括長波紅外光的入射輻射，以及與具有在(100)取向的基底表面上形成的超晶格結構的層狀結構相比，在紅移的波長範圍內將入射輻射轉換為電子信號。在一些實施例中，超晶格結構的一個或多個輻射特性受到高指數晶體取向的影響。基於高指數晶體取向，輻射特性可能至少部分地受到超晶格結構中的壓電效應和/或合金有序效應的影響。例如，基於高指數晶體取向，超晶格結構可以表現出紅移的長波紅外光反應範圍。例如，超晶格結構可以在取向成具有(211)的密勒指數的基底表面上磊晶生長。在(211)取向的表面上生長的超晶格結構可以接收包括長波紅外光的入射輻射，並且可以通過將紅移長波紅外光反應範圍內的入射輻射轉換為電子信號來對長波紅外光產生反應。
本公開內容針對包括可用於光感測的超晶格的層狀結構。超晶格包括層狀的周期性結構(例如，兩種材料的交替層，每層具有規定的厚度)。在一些實施例中，光感測器的操作是基於II型超晶格(SL)中直接光躍遷的光吸收。吸收發生在SL週期(例如，層的厚度)中空間上分離的分量之間(例如，在其界面處)，其中波從一層中的導帶(例如InAs)和另一層中的價帶(例如InAsSb)重疊起作用。通過改變在其上形成SL層的基板晶體取向，而不是改變SL週期或層組成本身，可以在不改變SL的物理性質的情況下改變光感測器的反應。
在一些實施例中，本公開針對具有(n11)密勒指數取向(例如，(211)或(311)取向)的基板上形成光感測器，以得到光致發光和截止波長的紅移，與在(100)方向上製造的具有相同SL週期和合金成分的材料相比。這可以在磊晶的長波長範圍內實現相對較高的量子效率，而無需改變SL的設計。
使用高密勒指數(「高指數」)基板(例如，具有沿(n11)晶格取向的表面)允許所得的層狀結構利用固有的晶體極性。此外，這些基板使得能夠形成高性能(例如，更大的量子效率)的長波紅外光(LWIR)光感測器結構。例如，層狀結構在高指數極性生長中利用壓電效應和/或合金有序來磊晶截止波長(例如紅移)而不增加超晶格週期(這會犧牲量子效率)。光學帶隙的減小與高指數取向產生的電場的建立有關，這是由於SL層之間的SL界面中的陰離子-陽離子鍵變形或InAsSb中的部分三元合金排列(例如，圖2所示的層203)所造成的。
圖1顯示了根據本公開的一些實施例的兩個說明性的光感測裝置。裝置100包括在基板之具有密勒指數>100>的晶格平面對齊的表面上形成的超晶格結構。在包括長波紅外光(LWIR)的光譜強度iλ (λ)的輻射下，超晶格的介面會產生電效應。如圖所示，裝置100的反應對應於包括有效截止波長λ2 的波長範圍。裝置150包括與裝置100相同之在基板一表面上形成的超晶格結構，該表面與與對應於較大密勒指數(例如，具有諸如>n11>的密勒指數)的晶格平面對齊。在包括長波紅外光(LWIR)的光譜強度iλ (λ)的輻射下，超晶格的介面會產生電效應。如圖所示，裝置150的反應對應於包括有效截止波長λ3 的波長範圍，λ3 大於λ2 (例如，紅移)。因此，通過改變其上形成超晶格的基板的晶體取向，可以改變超晶格的光感測特性。
圖2顯示了根據本公開的一些實施例的說明性層狀結構200-230的截面圖。層狀結構200包括基板202和超晶格結構204。基板202包括具有高密勒指數取向203的表面。通過包括具有高密勒指數(例如，密勒指數(n11))的晶體取向，該表面可以具有高密勒指數取向203。超晶格結構204形成在表面上方並與高指數晶體取向203對齊。結構200可以是高性能SL LWIR光感測器結構的一部分。可以使用分子束磊晶(MBE)在高指數極性基板(例如，(n11)取向的GaSb基板)上形成層202結構204。其他磊晶技術，例如金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)，也可以用於產生結構200。層狀結構210-230包括如本文所述的層狀結構200。可以使用如本文所述的MBE，MOCVD和/或其他磊晶技術來實現結構210-230和相關層的形成。可以使用如本文所述的MBE，MOCVD和/或其他磊晶技術來實現結構210-230和相關層的形成。
層狀結構210包括超晶格結構，該超晶格結構包括吸收輻射的層(即，吸收層212)。在一些實施例中，超晶格結構204是吸收層212。吸收層212可以包括基於III族和/或V族元素的一種或多種化合物的交替層。例如，吸收層212可以包括InAs和GaSb的交替層(在本公開中可以由InAs/GaSb表示)。在另一個示例中，吸收層212可以包括InAsSb和InAs的交替層(即，InAsSb/InAs)。在一些實施例中，超晶格結構和/或吸收層包括III族和/或V族元素的二元，三元或者是二元和三元化合物的一些交替層。例如，超晶格結構204可以包括InAsSb/InGaSb。在另一個非限制性示例中，吸收層212可以包括InAs/InGaSb。
層狀結構220包括在基板202上方形成的緩衝層222。在一些實施例中，緩衝層222直接在基板202上方形成。緩衝層222可以包括III-V族半導體材料(例如，GaSb)。層狀結構230包括阻擋層232和頂層234。阻擋層232可以包括III族和V族元素的化合物(例如，AlGaAsSb)。頂層234可以包括或者可以是包括一種或多種III和V族元素的化合物的接觸層。例如，接觸層可以由InAsSb和InAs的交替層形成。在另一個示例中，接觸層可以由InAs和GaSb的交替層形成。
圖3顯示了根據本公開一些實施例的包括超晶格結構305的說明性層狀結構300的截面圖。結構300可以顯示結合如關於圖2所描述的結構200、210、220和230的層狀結構。如圖2所示，層狀結構300包括基板302(例如GaSb基板)、緩衝層304(例如GaSb緩衝層)、超晶格結構305(例如包括InAsSb/InAs吸收層306)、阻擋層308(例如由AlGaAsSb材料形成)和頂層310(例如由InAsSb/InAs材料形成的頂部接觸層)。圖3中所示的層302-310只是說明性的，並且根據本公開，可以包括由任何合適的材料形成的任何合適的層。在一些實施例中，圖3中所示的一個或多個層可以省略。例如，在一些實施例中，可以省略緩衝層304。
圖3所示的結構300可以是高性能基於Sb且無Ga的II型SL LWIR光感測器結構的示例。結構300的所有層302-310的形成可以通過在高指數極性基板上的分子束磊晶(MBE)來實現。例如，層302可以使用MBE由(n11)GaSb形成。其他磊晶技術，例如金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)，也可以用於產生結構300和/或層302-310。
圖4顯示了根據本公開的一些實施例的用於層狀結構的光致發光強度的幾個曲線圖400、410、420、430和440。曲線圖410顯示了三個結構的光致發光(PL)強度與波長的關係。曲線圖420顯示了三個結構的光致發光(PL)強度與波長的關係。曲線圖430顯示了三個結構的光致發光(PL)強度與波長的關係。曲線圖440顯示了三個結構的光致發光(PL)強度與波長的關係。
曲線圖400-440中顯示的數據對應於示例於圖3中層狀結構之不同取向。結構A具有(311)取向，結構B具有(211)取向(即分別為(311)A和(211)B)。為了顯示磊晶的LWIR反應範圍，包括了具有在(100)取向的基板表面上生長的SLS的參考結構(即，結構O或(100))。包括結構O、A和B，用於比較在不同的獨特基板取向上生長的相同層狀結構。曲線圖400顯示了三種結構的光致發光(PL)強度與波長的關係。圖4中的曲線圖400-440顯示，與(100)上的相同SL週期和合金成分SL結構相比，(311)A和(211)B上的SL感測器材料的PL波長的紅移。每個單獨的曲線圖表示在3個不同的基板取向上生長之不同的SL感測器設計，這表明紅移的幅度隨(100)取向上波長的增加而增加。
圖5顯示了曲線圖500，其顯示了根據本公開的一些實施例的對於基板的(n11)和(100)晶體取向的截止波長(以微米為單位)的差異。結構是在相應基板上生長的基於Sb的II型超晶格(type-II superlattice，T2SL)紅外光感測器。如圖所示，在(311)A和(211)B取向的基板上形成的結構比在(100)基板上形成的結構具有相對更大的截止波長。
圖6顯示了根據本公開一些實施例之單層結構光感測器的結果。該結構是T2SL nBn光感測器，在一次MBE生長過程中，在相應的基板上生長了相同的結構。在單一裝置中包含具有(100)、(311)A和(211)B取向的結構，同時測量其性能以進行比較。
表600顯示了在(100)、(311)A和(211)B基板上形成的結構之性能指標。表600包括77K時的峰值PL、VON 時的暗電流、VON 值、VON 時的量子效率、VON 時的截止波長和帶通濾波器波長。例如，與其他兩個結構相比，基於(211)B的結構在8.2微米的波長以上提供了更多的光譜反應。
曲線圖610顯示了作為偏壓的函數的三個基板的暗電流值。如曲線圖630所示，(211)B結構之增加的暗電流值與此方向的較長截止波長相關。
曲線圖620顯示了三個基板的長波(long wave，LW)量子效率(quantum efficiency，QE)，作為偏置電壓的函數。所示的QE值，部分是測量中所使用濾光片的函數(例如，圖例中所示)，濾光片的選擇部分是基於與每個樣品的截止波長(例如，表600中所示)相容。
曲線圖630顯示了三個基板的光譜量子效率(QE)。如曲線圖630所示，與其他基板相比，基於(211)B的結構在波長上呈現超過3微米的紅移。
圖7顯示了根據本公開一些實施例之單層結構光感測器的結果。該結構是nBn T2SL光感測器，在一次MBE生長過程中，在各自的基板上生長了相同的結構。在單一裝置中包含具有(100)、(311)A和(211)B取向的結構，同時測量其性能以進行比較。注意，在圖7中採用的結構是不同於圖6，儘管兩者均為本公開的代表實施例。
表700顯示了在(100)、(311)A和(211)B基板上形成的結構的性能指標。表700包括77K的峰值PL、VON 的暗電流、VON 值、VON 的量子效率、VON 的截止波長和帶通濾波器波長。例如，與其他兩個結構相比，基於(211)B的結構在8.2微米的波長以上提供了更多的光譜反應。
曲線圖710顯示了作為偏壓函數的三種結構的暗電流值。
曲線圖720顯示了三種結構的長波(LW)量子效率(QE)，作為偏壓的函數。所示的QE值，部分是測量中使用的濾光片的函數(例如，圖例所示)，濾光片的選擇部分是基於與每個樣品的截止波長(例如，表700中所示)相容。
曲線圖730顯示了這三種結構的光譜量子效率(QE)。如曲線圖730所示，與基於(100)的結構相比，基於(211)B的結構在波長上呈現超過5微米的紅移。
圖8顯示了根據本公開一些實施例之感測光的感光結構的說明性形成過程的流程圖。
步驟802包括使基板的表面沿著具有比標準(100)晶體取向的密勒指數大的密勒指數的晶體取向。在一些實施例中，基板可以以特定取向(例如，形成超晶格(SL)所需的取向)生長或以其他方式形成。在一些實施例中，基板可以生長或以其他方式形成，然後沿著所需方向切割、研磨或以其他方式切割以形成具有所需方向的表面。
步驟804包括在高指數取向的表面上形成超晶格結構，其中超晶格結構的一個或多個輻射特性受到晶體取向的影響。在一些實施例中，基於高指數晶體取向，超晶格結構中的壓電效應和/或合金有序效應至少部分地影響輻射特性。例如，基於高指數晶體取向，超晶格結構可以表現出紅移的長波紅外光反應範圍。可以使用任何合適的技術在基板上形成SL，可選擇在其間具有緩衝層(例如，如圖2和3所示)。
步驟806包括接收包括長波紅外光的入射電磁輻射。入射輻射可以來自太陽電磁輻射，來自製程的電磁輻射，任何其他合適的電磁輻射或其任意組合。入射電磁輻射可包括大範圍的波長。光感測器不需要配置為與整個光譜範圍相互作用。
相較於在與基板的(100)晶體取向對齊的表面上形成的超晶格結構，步驟808包括在紅移的範圍內將入射光轉換為電子信號。本公開的光感測器結構被配置為基於合適波長的入射光子的吸收來提供電流。在一些實施例中，步驟808包括向光感測器提供並維持反向偏壓。例如，超晶格結構可以在取向成具有(211)的密勒指數的基板表面上磊晶生長。在(211)取向的表面上生長的超晶格結構可以接收包括長波紅外光的入射輻射，並且可以通過將入射輻射轉換為紅移長波紅外光反應範圍內的電子信號來反應長波紅外光。
本文所述的生長和/或沉積可使用化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)、金屬有機化學氣相沉積(metalorganic chemical vapor deposition，MOCVD)、有機金屬氣相磊晶(organometallic vapor phase epitaxy，OMVPE)、原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)、分子束磊晶(molecular beam epitaxy，MBE)、鹵化物氣相磊晶(halide vapor phase epitaxy，HVPE)、脈衝激光沉積(pulsed laser deposition，PLD)和/或物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)。
如本文所述，層是指覆蓋表面的材料的基本均勻的厚度。層可以是連續的或不連續的(即，在材料的區域之間具有間隙)。例如，層可以完全或部分覆蓋表面，或被分割成離散區域，這些區域共同限定了該層(即，使用選擇性區域磊晶形成的區域)。
置於上方是指「存在於」底層材料或層上或上方。該層可以包括確保合適的表面所必需的中間層，例如過渡層。例如，如果描述一種材料是「放置在基板上」或「越過基板上」，則這可能意味著(1)該材料與基板緊密接觸；或者(2)使材料與位於基底上的一個或多個過渡層接觸。
單晶是指基本上僅包含一種類型的晶胞的晶體結構。但是，單晶層可能會顯示一些晶體缺陷，例如疊層缺陷，位錯或其他常見的晶體缺陷。
單域是指晶體結構，其基本上僅包含一個晶胞結構並且基本上僅包含該晶胞的一個取向。換句話說，單域晶體不顯示孿晶或反相域。
單相是指既是單晶又是單疇的晶體結構。
基板是指在其上形成沉積層的材料。示例性基板包括但不限於：塊狀銻化鎵晶片、塊狀銻化銦晶片、塊狀砷化鎵晶片、塊狀銻化銦晶片、塊狀氮化鎵晶片、塊狀碳化矽晶片、塊狀藍寶石晶片、塊狀鍺晶片、塊狀矽晶片，晶片包括均勻厚度的單晶材料；複合晶圓如絕緣體上矽晶片，其包括設置在大塊矽處理晶片上的二氧化矽層上的矽層；或多孔鍺、氧化物和矽上的鍺、矽上的鍺、圖案化的鍺、鍺上的鍺錫等。或用作在其上或其中形成元件的基礎層的任何其他材料。根據應用適合用作基材層和塊狀基材的此類其他材料的實例包括但不限於氧化鋁、砷化鎵、磷化銦、二氧化矽、二氧化矽、硼矽酸鹽玻璃和派熱克斯玻璃。基板可以具有單個塊狀晶片或多個子層。具體地，基板(例如，矽，鍺等)可以包括多個不連續的多孔部分。多個不連續的多孔部分可以具有不同的密度，並且可以水平分佈或垂直分層。
半導體是指電導率介於絕緣體和大多數金屬之間的任何固體物質。示例半導體層由矽組成。半導體層可以包括單個體晶片或多個子層。具體地，矽半導體層可以包括多個不連續的多孔部分。多個不連續的多孔部分可以具有不同的密度，並且可以水平分佈或垂直分層。
在本文中描述和/或描繪為「配置在」第二層上、「在……上」、「形成在第二層之上」或「在第二層之上」的第一層可以緊鄰第二層，或者一個或多個中間層可以在第二層之間。第一和第二層。在本文中被描述和/或描繪為「直接在第二層或基板上」或「直接在第二層或基板上」的第一層緊鄰第二層或基板，不存在中間層，除了可能存在的中間合金層之外，由於第一層與第二層或基板的混合，可以形成中間合金層。另外，在本文中被描述和/或描繪為在第二層或基板「上」、「超過」、「直接在第二層上」或「直接在第二層或基板上」的第一層可以覆蓋整個第二層或基板，或第二層或基板的一部分。
在層生長期間將基板放置在基板支架上，因此頂表面或上表面是基板或離基板支架最遠的層的表面，而底表面或下表面是基板或基板的表面。最靠近基板支架的塗層。本文所描繪和描述的任何結構都可以是更大的結構的一部分，在所描繪的那些之上和/或之下具有附加層。為了清楚起見，儘管這些附加層可以是所公開的結構的一部分，但是這裡的附圖可以省略這些附加層。另外，即使未在附圖中顯示該重複，所描繪的結構也可以以單元重複。
前述內容僅是本公開的原理的示例，並且本領域技術人員可以在不脫離本公開的範圍的情況下進行各種修改。呈現上述實施例是為了說明而不是限制。除了本文明確描述的形式以外，本公開還可以採取許多形式。類似地，儘管可以以特定順序在附圖中描繪操作，但這不應理解為要求以所示的特定順序或以連續的順序執行這樣的操作，或者執行所有顯示的操作以實現期望的結果。因此，要強調的是，本公開不限於明確公開的方法，系統和裝置，而是旨在包括其變型和修改。
100、150:裝置 200、210、230:層狀結構 202:基板 203:表面 204:超晶格結構 212:吸收層 222:緩衝層 232:阻擋層 234:頂層 300:層狀結構 302:基板 304:GaSb緩衝層 305:超晶格結構 306:InAsSb/InAs吸收層 308:AlGaAsSb阻擋層 310:InAsSb/InAs頂層 802~808:步驟
參照以下附圖，詳細描述根據一個或多個各種實施例的本公開。提供附圖僅出於說明的目的，並且僅描繪了典型或示例性實施例。提供這些附圖以促進對本文公開的概念的理解，並且不應視為限制這些概念的廣度、範圍或適用性。應當注意，為了清楚和易於圖示，這些附圖不一定按比例繪製。 圖1顯示了根據本公開的一些實施例的兩個說明性的光感測佈置； 圖2顯示了根據本公開的一些實施例的包括與高密勒指數取向對齊的超晶格結構的說明性層狀結構的截面圖； 圖3顯示了根據本公開的一些實施例的包括超晶格結構的說明性層狀結構的截面圖； 圖4顯示了根據本公開的一些實施例的層狀結構的光致發光強度的數個曲線圖； 圖5顯示了根據本公開的一些實施例的圖示，其顯示了對於基板的(n11)和(100)晶體取向的截止波長(以微米為單位)的差異； 圖6顯示了根據本公開的一些實施例的用於單層結構的說明性光電感測器結果； 圖7顯示了根據本公開的一些實施例的用於單層結構的說明性光感測器結果；以及 圖8顯示了根據本公開的一些實施例的用於形成感測光感光結構的說明性過程的流程圖。
100、150:裝置

Claims (20)

  1. 一種層狀結構，包括： 一基板，包括具有一高密勒指數晶體取向的一表面；以及 一超晶格結構，形成在該基板之該表面上，其中該超晶格結構與該高密勒指數晶體取向對齊，並且其中該超晶格結構根據該晶體取向表現出一紅移長波紅外光反應範圍。
  2. 根據請求項1之層狀結構，其中該高密勒指數晶體取向是(n11)取向。
  3. 根據請求項1之層狀結構，其中該超晶格結構不含鎵。
  4. 根據請求項1之層狀結構，其中該超晶格結構包含一吸收層，該吸收層包含In和As的化合物。
  5. 根據請求項4之層狀結構，其中該吸收層包括Ga。
  6. 根據請求項4所述的層狀結構，其中該吸收層包括InAsSb和InAs的交替層。
  7. 根據請求項1所述的層狀結構，其中該基板包括III-V族半導體材料。
  8. 根據請求項7所述的層狀結構，其中該III-V族半導體材料是GaSb。
  9. 根據請求項1所述的層狀結構，還包括在該超晶格結構上的一阻擋層。
  10. 根據請求項9所述的層狀結構，還包括在該阻擋層上的一頂層。
  11. 根據請求項10所述的層狀結構，其中該頂層包括一接觸層，該接觸層包含III族元素和V族元素的化合物。
  12. 根據請求項1所述的層狀結構，還包括形成在該基板上方的一緩衝層。
  13. 根據請求項12所述的層狀結構，其中該緩衝層直接形成在該基板上。
  14. 根據請求項12所述的層狀結構，其中該緩衝層包括III-V族半導體材料。
  15. 根據請求項1所述的層狀結構，其中該紅移長波紅外光反應範圍是由該晶體取向引起的該超晶格結構中的壓電效應或合金有序效應引起的。
  16. 一種光感測器，被配置為感測磊晶的長波紅外光範圍內的光，該光感測器包括： 一層狀結構，包括： 一基板，包括具有一高密勒指數晶體取向的一表面；以及 一超晶格結構，該超晶格結構形成在該基板的該表面上，其中該超晶格結構與該高密勒指數晶體取向對齊，並且其中該超晶格結構根據該晶體取向表現出一紅移長波紅外光反應範圍。
  17. 根據請求項16所述的光感測器，其中： 該基板包括一(100)晶體取向；以及 該層狀結構反應波長最大等於15微米的入射光。
  18. 根據請求項16所述的光感測器，其中： 該基板包括一(100)晶體取向；以及 該層狀結構對入射的長波紅外光的反應範圍大於當該超晶格結構在一表面上形成並對齊該(100)晶體取向時之對入射的長波紅外光的反應範圍。
  19. 一種感測入射光的方法，該方法包括： 使一基板的一表面沿著具有一高密勒指數晶體取向來取向，該高密勒指數高於(100)晶體取向； 在該表面上形成一超晶格結構，其中該超晶格結構的一個或多個輻射特性受該晶體取向的影響； 接收包括長波紅外光的入射輻射；以及 在紅移範圍內將入射光轉換為電子信號，與在與該基板的(100)晶體取向對齊的一表面上形成之該超晶格結構相比。
  20. 根據請求項19所述的方法，其中該超晶格結構的一個或多個輻射特性受到該晶體取向引起的該超晶格結構中的壓電效應或合金有序效應的影響。
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