【摘 要】
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量子点红外探测器(Quantumdotinfraredphotodetector，QDIP)理论上具有响应垂直入射光、有效载流子寿命长、暗电流低、响应率与探测率高、工作温度高、响应光谱易于调节等优点，
【出 处】
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中国科学院研究生院 中国科学院大学
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量子点红外探测器(Quantumdotinfraredphotodetector，QDIP)理论上具有响应垂直入射光、有效载流子寿命长、暗电流低、响应率与探测率高、工作温度高、响应光谱易于调节等优点，在红外制导、森林火灾探测、癌症早期检测、地球资源勘察等许多军用、民用领域都有着广泛的应用前景。然而在实际的器件研制过程中，量子点的外延生长不均匀性、低密度、跃迁机制复杂等问题会导致QDIP的实际性能与其理论预期值相比有较大差距。本论文主要开展了三种不同结构的QDIP(多层量子点一阱结构QDIP、响应波长处于长波红外大气窗口的InGaAsQD/GaAsQDIP以及通过偏压调控实现多波段选择性探测的QDIP)的材料结构设计、生长制备技术、材料性质表征、器件加工工艺以及器件性能检测与分析等方面的研究工作，目的是降低器件的暗电流，提高器件的响应率、探测率和工作温度，实现在大气窗口波段工作和可调控的多波段响应，为高性能QDIP的研制打下基础。取得的主要研究结果包括： (1)QDIP量子点生长条件的优化 采用分子束外延(MBE)、金属有机化合物气相外延(MOVPE)生长技术，研究了衬底生长温度等参数对InGaAs量子点的结构特性和发光特性的影响，最终得到了适用于QDIP的量子点优化生长条件。 (2)InGaP势垒层对量子点性质影响的研究 发现在含有InGaP势垒层的量子点结构中InGaP层可导致InGaAs量子点的PL波长发生明显蓝移，并且发光强度明显下降。通过退火实验证明，插入GaAs薄层可以在一定程度上抑制量子点PL峰的蓝移和发光强度的降低，从而防止QDIP结构生长过程中量子点的晶体质量恶化。 (3)多层量子点-阱(Dots-in-a-well，DWELL)结构QDIP的研制 研制出50周期的InAs/InGaAs/GaAsDWELLQDIP；通过应力调控，多层QDIP仍然保持了较高的材料质量。在77K下该器件有较强的光伏响应，峰值波长为5.5μm；加偏压后峰值波长红移到6.0μm(+2V)、6.15μm(-2V)；由于引入了AlGaAs电子阻挡层，器件的暗电流较低。 (4)长波响应InGaAsQD/GaAsQDIP的研制研制出低组分的InGaAsQD/GaAsQDIP，其中InGaAs量子点的In组分为0.33。在77K下该器件的峰值响应波长达到8.6μm；响应峰较宽，覆盖了7～12μm的范围，实现了长波大气窗口(8-14μm)内的响应。 (5)偏压调控多色响应QDIP的研制 研制出包含两组不同结构量子点层的QDIP(InAsQD/InGaAs/GaAs/AlGaAs结构层与InGaAsQD/GaAs结构层)，实现了77K条件下的偏压调控多波段响应：峰值响应波长分别为6.3μm(-6V)与4.5～5.5μm(+7V)；另外在-6V偏压下，在8～12μm的长波范围器件也有光谱响应。
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