一种双色量子阱红外光探测器

摘要

本发明公开了一种基于表面等离子体和光栅散射效应的双色量子阱红外探测器，其包括一层半导体衬底层；一位于所述衬底上的缓冲层；一位于所述缓冲层上的下接触层，且该层连接探测器的下电极；一位于所述下接触层上的第一量子阱层；一位于所述第一量子阱层上的中间接触层，且该层连接探测器的中间电极；一位于所述中间接触层上的第二量子阱层；一位于所述第二量子阱层上的上接触层，且该层连接探测器的上电极；一位于所述上接触层上的金属层，该金属层中具有光栅结构。本发明的优点是通过金属亚波长光栅进行光耦合，利用所产生的表面等离子体和光散射效应，实现了双色量子阱结构对垂直入射光的有效吸收。

主权项

一种基于表面等离子体和光栅散射效应的双色量子阱红外探测器(100)，其特征在于：包括一层半导体衬底层(108)；一位于所述衬底上的缓冲层(107)；一位于所述缓冲层上的下接触层(106)，且该层连接探测器的下电极；一位于所述下接触层上的第一量子阱层(105)；一位于所述第一量子阱层上的中间接触层(104)，且该层连接探测器的中间电极；一位于所述中间接触层上的第二量子阱层(103)；一位于所述第二量子阱层上的上接触层(102)，且该层连接探测器的上电极；一位于所述上接触层上的金属层(101)，该金属层中具有光栅结构；在光子探测过程中，利用波长为中远红外波段的入射光波(109)，在垂直于半导体衬底表面(108)和第一量子阱层(105)以及第二量子阱层(103)平面的方向上，从半导体衬底表面(108)一侧入射，并最终被量子阱层所吸收；所述的入射光波(109)包含的光子穿过半导体衬底层(108)、缓冲层(107)、下接触层(106)、第一量子阱层(105)、中间接触层(104)、第二量子阱层(103)、上接触层(102)，直接入射到金属层(101)；其中长波长的光子在金属层(101)的上表面和/或下表面形成表面等离子体(110)；形成的等离子体(110)在第二量子阱层(103)处具有竖直电场分量(Ez)，该竖直电场用于激发第二量子阱(103)中的电子发生子带间的跃迁，使得能量被第二量子阱层(103)所吸收；而其中短波长的光子在金属层(101)的表面发生散射效应，散射光沿各个方向传播；散射光穿过上接触层(102)、第二量子阱层(103)、中间接触层(104)，到达第一量子阱层(105)中，其中有一定角度的非零阶散射光用于激发第一量子阱层(105)中的电子发生子带间跃迁，使得能量被第一量子阱层(105)所吸收。