量子阱红外探测器的研究与应用

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1、光电子激光第13卷第10期2002年10月JournalofOptoelectronicsLaserVol.13No.10Oct.2002量子阱红外探测器的研究与应用连洁1王青圃1程兴奎2魏爱俭1(1.山东大学光电系山东济南250100;2.山东大学物理系山东济南250100)摘要讨论了量子阱红外探测器的量子阱结构以及光耦合模式的研究状况简要介绍了该探测器在国防~工业~消防和医疗方面的应用,关键词红外探测器;量子阱;光耦合;应用中图分类号TN27文献标识码A文章编号1005-0086(2002)10-1092-05RecentProgressinResearchandApplicationo

2、nOuantumWellInfraredPhotodetectors1121LIANJieWANGing-puC~ENGXing-kuiWEIAi-jian(1.DepartmentofOptoelectronicsShandongUniversityJinan250100China;2.DepartmentofPhysicsShandongUniversityJinan250100China)AbstractAguantumWellstructuresandopticalcouplingsystemsofguatumWellinfraredphotodetector(WIP)aredisc

3、ussedindetail.Theapplicationsarebrieflyintroducedindefenseindustrymedicineandfirefighting.KeywordsInfraredphotodetector;uantumWell;Opticalcoupling;ApplicationWIP(载流子为空穴),1引言在量子阱结构设计中通过调节阱宽~垒宽以及量子阱红外探测器(WIP)是20世纪90年代AlGaAs中Al组分含量等参数使量子阱子带输运发展起来的高新技术,与其它红外技术相比WIP的激发态被设计在阱内(束缚态)~阱外(连续态)或者具有响应速度快~探测率与~

4、gCdTe探测器相近和在势垒的边缘或者稍低于势垒顶(准束缚态)以便满探测波长可通过量子阱参数的调整加以控制等优点,足不同的探测需要获得最优化的探测灵敏度,因此而且利用MBE和MOCVD等先进工艺可生长出高量子阱结构设计又称为能带工程[3]是WIP最品质~大面积和均匀的量子阱材料容易做出大面积关键的一步,另外由于探测器只吸收辐射垂直与阱的探测器阵列,由于有这样多的优点量子阱光探测层面的分量因此光耦合也是WIP的重要组成部器特别是红外探测器的研究引起人们广泛的重视分,在长波应用方面得到迅速发展[12]本文分别对不同量子阱结构和不同光耦合方式,WIP是利用掺杂量子阱的导带中形成的子带的WIP的研究

5、状况进行分析并简述了其应用,间跃迁并将从基态激发到第一激发态的电子通过电2不同量子阱的OWIP场作用形成光电流这一物理过程实现对红外辐射的探测,根据探测波段的不同可分为短波红外探测器2.1n型掺杂束缚态到束缚态跃迁探测器(B-B以InP衬底上生长的InGaAs/InAlAsWIP为代[5]OWIP)表;中~长波红外探测器以AlGaAs/GaAsWIP为世界上第1台WIP由贝尔实验室的Levine等代表是目前研究最多的,根据掺杂材料的不同又可于1987年研制成功它就属于B-BWIP量子结构分为n型掺杂WIP(载流子为电子);P型掺杂如图1所示,基态E位于阱内是束缚态第一激发态0收稿日期2002

6、-02-06修订日期2002-06-07基金项目国家自然科学基金资助项目(69976016);山东省自然科学基金资助项目(Y98G11107)第]O期连洁等:量子阱红外探测器的研究与应用-]O93-]也是束缚态O该探测器吸收红外辐射9位于O的的隧穿过程O这样9有效收集光电子所需偏置电压大电子光激发后跃迁到隧穿出量子阱9在偏置电场大降低9暗电流也会随之大幅度减小O因为不必考虑]9作用下9形成光电流O该探测器的吸收光谱峰值位于势垒厚度对光电子收集效率的影响9势垒厚度可增加]O.8pm9峰值波长响应率Rp=O.52A/WO这些性能到5Onm9基态电子隧穿引起的暗电流下降]个数量参数是由其结构参数决

7、定的:量子阱区包含5O周期级O]99O年levine等[7]推出的B-CGWIP9性能有很的阱层GaAS和垒层Al阱宽6.5nm9垒大改善9探测率D%高达3>]O]O]/2O.25GaO.75AS9cm~Z/W9截止波宽9.5nm;量子阱区夹在上下两GaAS电极层之间9长]Opm9温度68KO上电极层厚O.5pm9下电极层厚]pm;阱中的掺杂2.3n型掺杂的束缚态到准束缚态跃迁探测器(B-浓度N]83[8]D