谐振腔增强gaas同质结远红外探测器量子效率的研究

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1、摘要同质结内发射远红外探测器是近些年发展起来的新型远红外探测器，它具有截至波长任意可调的优点。量子效率是衡量探测器性能的一个重要指标，提高量子效率是探测器迈向实用的关键。但已实现的同质结探测器存在量子效率普遍偏低的问题。本文针对该问题，以n．GaAs同质结远红外探测器为例，尝试将谐振腔结构应用到同质结远红外探测器上，设计出适用于远红外探测器的反射镜。／首先根据探测器的多层结构，分别采用标量波方法和菲涅耳系数矩阵法计算探测器腔体内的光吸收。研究表明，对同质结远红外探测器而言，界面反射不能忽略，采用菲涅耳系数矩阵法可以更好地计算光吸收。然后根据底部反

2、射镜设计的三点要求，针对n—GaAs同质结远红外探测器的实际情况，提出了三种底部反射镜的设计方案。结果表明，无论是探测器本身的底部电极层还是分布式布喇格反射镜都不能作为理想的底部反射镜。在此基础上，我们创新地提出了一种以非掺杂／掺杂的GaAs为主要结构的底部反射镜，并通过菲涅耳系数矩阵法的计算，在材料和工艺等客观条件允许的范围内优化反射镜的结构和材料参量。优化后的底部反射镜的参数分别为：N。：2．0×10”cm一，dbk=300nm，Ⅳ。=3．0×10”cm～，dr．，=1．45／tm，d。。=180，um，N=1。计算结果表明尽管吸收并不能忽略

3、，但这种底部反射镜效果良好。采用这种底部反射镜后，在一个较宽的波长范围内，探测器腔体内的光吸收比没有这种反射镜时有显著提高，60gm时提高了两倍，相应的量子效率也提高了两倍。为了验证谐振腔设计的实际效果，我们对没有谐振腔和有谐振腔的n-GaAs同质结远红外探测器以及单独的反射镜这三块样品进行了实验测量。通过远红外反射光谱和透射光谱的测量，从实验上验证这种设计的可行性。这种反射镜可以推广到其他远红外探测器上，为远红外波段反射镜的设计提供新的思路。矿ABSTRACTThenovelhomojunctionfar-infrared(FIR)detect

4、orhasbeenproposedanddemonstratedsuccessfullyinrecentyears．TheuniquefeatureofthesedetectorsiSthatthecutoffwavelengthiStailorabe．Quantumefficiencyisakeyparametertocharacterizetheperformanceofdetectors．ProgressinthedevelopmentofthesehomojunctionFIRdetectorshasbeenimpededbythelim

5、itationofrelativelylowquantumefficiency．Inthispaper，weapplytheresonantcavityenhanced(RCE)structureton-GaAshomojunctionFIRdetectorstoincreasethequantumefficiencyofdetectorsandfocusonthedesignofmirrorsofFIRdetectors．Atfirst，theSCalarwavemethodandFresnelmatrixmethodareusedtocalc

6、ulatethephotonabsorptioninthecavityofdetectors．TheresultshowsthattheinterfacereflectioncannotbeneglectedforhomojunctionFIRdetectorsandtheFresnelmatrixmethodcangiveabetterresultcomparedwiththescalarmethod．Then，thedesignofbottommirrorsforresonantcavityenhanced(RCE)n—GaAshomojun

7、ctionfar-infi'ared(FIR)detectorsisinvestigatedintheframeworkofthreepossibleprojects．TheresultsshowthatneitherthebottomcontactlayerofthedetectoritselfnortheDistributedBraggReflectorCallperformwellasbottommirrorsforFIRdetectors．ADewkindofbottommirrorsbasedonundoped／dopedGaAslay

8、ersisproposedandoptimized．Theoptimizedparametersare：虬k=2．0x10”cm一，d6