专利名称：基于光子晶体和超晶格雪崩光电二极管的太赫兹探测器结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于光子晶体和超晶格雪崩光电二极管(APD)的太赫兹探测器结构，属于太赫兹探测技术领域。
背景技术：
电磁波谱中微波和红外之间的部分称为太赫兹(Terahertz，THz)波或太赫兹辐射，其频率为0. 1 10太赫兹，对应的波长范围是3000 30微米，太赫兹辐射具有功率低、热辐射背景噪声大、水蒸汽衰减严重的特性，决定了太赫兹探测器必须具备很高的探测灵敏度和频率分辨率。目前，探测太赫兹辐射的方法主要有热辐射探测法、傅里叶变换光谱法、时域光谱法、外差式探测法以及基于半导体材料的光子探测法。其中，基于半导体材料的太赫兹探测器属窄带探测器，具有响应速度快、工艺成熟、体积小、易于集成等优点。常用的太赫兹半导体探测器材料和结构有GaAs基肖特基二极管、AlGaN/GaN肖特基二极管、 VOx辐射热计、GaAs/AWaAs异质结探测器等。近年来，质量高、稳定性强、均勻性好的大面积GaAs/AWaAs异质结半导体材料制备技术日趋成熟。GaAs/AWaAs异质结半导体材料可以用来制作超晶格结构，形成具有内部增益作用的雪崩光电二极管(APD)，应用于太赫兹探测器。太赫兹辐射属于微弱信号，易受到背景辐射的影响，目前的太赫兹探测器一般采用滤光片+探测器的分立方式，以降低背景辐射的影响，这种分立方式存在结构复杂和制备工艺难度大等缺点。光子晶体是一种由介电常数不同的材料交替叠加而成的周期膜系，采用传统的光学薄膜制备技术获得。通过对光子晶体介电常数及晶格周期的适当选择，可使某些频率范围内的电磁波不能在光子晶体中传播，该频率范围称为光子禁带。通过对光子禁带的调节， 可以形成超窄带通滤光片。现有的太赫兹探测器大都采用分立方式，未见采用光子晶体的报道。
发明内容针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种光子晶体与超晶格APD集成为一体的器件结构，可以在所选定的太赫兹辐射波段内提高探测灵敏度，并能克服现有滤光片+探测器分立方式结构复杂和制备工艺难度大的缺点。本实用新型提供的基于光子晶体和超晶格APD的太赫兹探测器结构，包括第一电极、p+GaAs接触层、GaAs/AlxGai_xAs超晶格层、n+GaAs缓冲层、第二电极和n+GaAs衬底材料层，其特征在于在GaAS/Alx(iai_xAS超晶格层的p+GaAs接触层之上生长光子晶体层，其中， 光子晶体的透射率可用数学辅助设计软件包MATLAB编程计算，根据所选定的太赫兹辐射波段，利用这种方法即可确定光子晶体层的厚度和晶格周期数；GaAS/Alx(iai_xAS超晶格层的周期数在20 50之间，组分值χ在0. 01 0. 2之间，GaAs/AlxGai_xAs超晶格结构的各层材料不掺杂，其功能是作为APD的放大层；缓冲层和衬底材料层均为n+GaAs材料，但它们的掺杂浓度不同，缓冲层的掺杂浓度高于衬底材料层的掺杂浓度；在P+GaAs接触层上制备第一电极，在n+GaAs衬底材料层上制备第二电极。本实用新型提供的基于光子晶体和超晶格APD的太赫兹探测器结构达到了如下的有益效果将光子晶体与探测器集成为一体，克服了现有滤光片+探测器分立方式结构复杂和制备工艺难度大的缺点，降低了背景辐射的影响，提高了噪声等效功率。
图1是现有超晶格APD太赫兹探测器的结构示意图。图2是本实用新型基于光子晶体和超晶格APD的太赫兹探测器结构示意图(实施例一结构示意图)。图3是实施例二结构示意图。图4是实施例三结构示意图。图中，1.光子晶体层，2.第一电极，3. +6仏8接触层，4.6仏8/^1!^￡11_/8超晶格层， 5. n+GaAs缓冲层，6.第二电极，7. n+GaAs衬底材料层。
具体实施方式
以下结合附图，通过实施例对本实用新型做进一步详细说明，但本实用新型的保护范围并不限于下面的实施例。图1是现有的超晶格APD太赫兹探测器的结构，由第一电极2、p+GaAs接触层3、 GaAs/AlxGai_xAs超晶格层4、n+GaAs缓冲层5、第二电极6和n+GaAs衬底材料层7组成。实施例一图2是本实用新型基于光子晶体和超晶格APD的一种太赫兹探测器结构，包括有第一电极2、p+GaAs接触层3、GaAsAlxGEihAs超晶格层4、n+GaAs缓冲层5、第二电极6和 n+GaAs衬底材料层7，其特征在于在GaAs/AlxGai_xAs超晶格层的p+GaAs接触层之上生长光子晶体层1。其具体结构是在厚度为500 μ m的n+GaAs衬底材料层7上，用分子束外延 (MBE)方法依次生长Si掺杂(掺杂浓度为1 X IO18CnT3)的n+GaAs缓冲层5 (厚度为0. 7 μ m)、 GaAs/Al0.01Ga0.99As超晶格层4(周期数为30个)以及Be掺杂(掺杂浓度为5 X 1018cm_3)的 P+GaAs接触层3 (厚度为0. 1 μ m)，然后采用热蒸发的方法在GaAsAlacilGEia99As超晶格层 4的表面生长一层Si02/Ta205光子晶体层1，最后利用常规的半导体工艺完成第一电极2和第二电极6的制备，电极材料为AuGeNi合金(厚度为0. 7 μ m)，得到本实用新型基于光子晶体和超晶格APD的太赫兹探测器。实施例二图3是本实用新型基于光子晶体和超晶格APD的另外一种太赫兹探测器结构。在本实施例中第一电极2采用方形结构，但是GaAsAla 20Ga0.80As超晶格层中的Al组分不同， 其余结构与实施例一相似首先在厚度为500 μ m的n+GaAs衬底上，利用MBE方法依次生长 Si 掺杂(掺杂浓度为 1 X 1018cm_3)的 n+GaAs 缓冲层 5 (厚度为 0. 7 μ m) ,GaAs/Al0.20Ga0.80As 超晶格层4(周期数为20个)以及Be掺杂(掺杂浓度为5X IO18CnT3)的p+GaAs接触层 3(厚度为0. 1 μ m)，然后采用热蒸发的方法在超晶格层4的表面生长一层Si02/Ta205光子晶体层1。在光子晶体层1开出一个方形电极孔，然后在电极孔内溅射AuGeM合金电极层(厚度为0. 7 μ m)，最后利用常规的半导体工艺完成第一电极2和第二电极6的制备，电极材料为AuGeNi合金(厚度为0. 7 μ m)，得到本实用新型基于光子晶体和超晶格APD的太赫兹探测器。实施例三实施例三的结构如图4所示，第一电极2采用环形结构，首先在厚度为500 μ m的 n+GaAs衬底上，利用MBE方法依次生长Si掺杂(掺杂浓度为1 X IO18CnT3)的n+GaAs缓冲层5 (厚度为0. 7 μ m)、GaAs/Al0.01Ga0.99As超晶格层4(周期数为30个)以及Be掺杂(掺杂浓度为5 X IO18CnT3)的p+GaAs接触层3(厚度为0. Ιμπι)，然后采用热蒸发的方法在超晶格层4的表面生长一层Si02/Ta205光子晶体层1。把光子晶体层开出环形电极孔，然后在电极孔内溅射AuGeM合金电极层2 (厚度为0. 7 μ m)，最后利用常规的半导体工艺完成第一电极2和第二电极6的制备，电极材料为AuGeNi合金(厚度为0. 7 μ m)，得到本实用新型基于光子晶体和超晶格APD的太赫兹探测器。
权利要求1.基于光子晶体和超晶格雪崩光电二极管的太赫兹探测器结构，包括第一电极O)、 P+GaAs接触层(3)、GaAsAlxGiVxAs超晶格层⑷、n+GaAs缓冲层(5)、第二电极(6)和 n+GaAs衬底材料层(7)，其特征在于在GaAS/Alx(iai_xAS超晶格层(4)的p+GaAs接触层(3) 之上生长光子晶体层(1)。
2.根据权利要求1所述的太赫兹探测器，其特征在于GaAS/Alx(}ai_xAS超晶格层(4)的周期数在20 50之间，组分值χ在0. 01 0. 2之间，GaAs/AlxGai_xAs超晶格结构的各层材料不掺杂。
3.根据权利要求1所述的太赫兹探测器，其特征在于n+GaAS缓冲层(5)的掺杂浓度高于n+GaAs衬底材料层(7)的掺杂浓度。
4.根据权利要求1所述的太赫兹探测器，其特征在于在光子晶体层(1)开出电极孔， 在电极孔内的P+GaAs接触层上制备第一电极(2)。
专利摘要基于光子晶体和超晶格雪崩光电二极管的太赫兹探测器结构，包括第一电极、p+GaAs接触层、GaAs/AlxGa1-xAs超晶格层、n+GaAs缓冲层、第二电极和n+GaAs衬底材料层，其特征在于在GaAs/AlxGa1-xAs超晶格层的p+GaAs接触层之上生长光子晶体层，超晶格层的周期数在20～50之间，组分值x在0.01～0.2之间，超晶格结构的各层材料不掺杂；缓冲层的掺杂浓度高于衬底材料层的掺杂浓度；在接触层上制备第一电极，在衬底材料层上制备第二电极。本实用新型将光子晶体与探测器集成为一体，克服了现有滤光片+探测器分立方式结构复杂、制备工艺难度大的缺点，降低了背景辐射的影响，提高了噪声等效功率。
文档编号G01J1/42GK202103077SQ201120150859
公开日2012年1月4日 申请日期2011年5月12日 优先权日2011年5月12日
发明者何雯瑾, 余连杰, 唐利斌, 宋立媛, 王忆锋 申请人:昆明物理研究所