「推荐文章」GaAs/AlGaAs量子阱长波10.55μm红外焦平面探测器

文章背景

长波红外焦平面探测器是红外成像探测中的关键元器件之一。利用 8~14μm 的大气透射窗口的长波红外进行成像，具有对室温目标敏感的特点，因此在夜视、遥感、测温等应用中有重要作用。长波红外由于光子能量小，～0.1 eV，背景辐射强， 因此高灵敏探测往往采用制冷型的光子探测方式。尽管近年来非制冷长波探测的焦平面器件发展迅速，探测性能也不断提高，但是在快速成像、窄带探测等应用中，仍需要利用半导体光电探测机理的所谓光子型成像探测器件。典型的有碲镉汞长波红 外探测器、二类超晶格探测器以及量子阱红外探测器(Quantum Well Infrared Photo-detector，QWIP)。

其中量子阱与前面两种不同，由于量子阱具有子能带跃迁(非带间跃迁)的特征，因此量子阱的响应光谱具有窄带的特点，同时也决定了其外量子效率较低。利用半导体异质材料能带工程的方法，制备量子阱结构，通过设计和制备合适的势垒和势阱，能够得到响应长波红外波段的红外探测器；由于 GaAs 和 AlGaAs 材料体系具有完美的晶格匹配特征，为制备大规模高性能红外焦平面探测器提供的可能。

主要设计

中国科学院上海技术物理研究所较早地开展了量子阱红外探测器的研究，取得了一定的进展。近期利用 GaAs/AlGaAs 材料研制了工作于 50 K 的 640×512 量子阱长波 10.55μm 红外焦平面探测器，对集成制冷机的探测器性能进行了测试分析，F/2 冷屏下，等效噪声温差可以达到 22.5 mK。直接测量得到的非均匀性主要来源是受冷屏形状的决定性控制。采用 MEEP 软件对量子阱探测器内光场进行了计算，分析了 GaAs 厚度和刻蚀台面的对衍射效果的影响，为进一步提高 10.55μm 长波红外量子阱焦平面探测器的量子效率提供依据。

图1 长波红外量子阱芯片照片(部分区域)

作者简介

李向阳(1969-)，男，研究员，博士生导师，博士，主要从事窄禁带半导体红外探测器和宽禁带半导体紫外探测器等方面的研究 。

引用格式

Li Xiangyang, Li Ning, Xu Jintong, Chu Kaihui, Xu Guoqing, Wang Ling, Zhang Yan, Zhu Longyuan, Wang Jiqiang, Lu Wei. GaAs/AlGaAs QWIP IRFPA for 10.55 μm long wavelength[J]. Infrared and Laser Engineering, 2020, 49(1): 010300. doi: 10.3788/IRLA202049.0103008