具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本申请结合示意图进行详细描述，在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

基于二类超晶格的带间级联探测器可以克服扩散长度的限制，该二类超晶格的带间级联探测器能几乎完全将光生载流子收集，同时其所包括的多级级联台阶可有效降低噪音，从而该二类超晶格的带间级联探测器能够实现在高温情况下工作。其中，每一级级联台阶包括电子势垒、空穴势垒以及由二类超晶格构成的吸收区，而没有耗尽层，因此，使得该级联台阶的遂穿电流和产生的复合电流可以大大降低。而且，上述这种互补势垒结构同样可以达到自钝化的效果，解决表面漏电流的问题，特别是对二类超晶格探测器来说，表面漏电流是限制探测器性能主要的因素之一。另外，这种特殊的多级级联探测器可以通过成熟的III-V族化合物的分子束外延生长技术实现。因此，该二类超晶格的带间级联探测器具有很大的应用优势。

然而，目前该二类超晶格的带间级联探测器的探测率较低，发明人研究发现，这是由于在InAs/GaSb二类超晶格中，电子限制在InAs层，空穴限制在GaSb层，电子和空穴在空间上是分离的，因此使得该InAs/GaSb二类超晶格的吸收系数较低。例如在带隙附近，实验上测量的超晶格对中波和长波的吸收系数分别接近3000cm^-1和2000cm^-1。由于InAs/GaSb二类超晶格的吸收系数的限制，再加上其较短的扩散长度(室温下小于2μm)，因此，该超晶格探测器的量子效率较低。目前文献中报道的PIN超晶格探测器的量子效率大多是低于30％的，特别是对带间级联探测器来说，由于该带间级联探测器的吸收区较薄，因此，该带间级联探测器的量子效率低于10％，进而导致该带间级联探测器的探测率较低。

基于上述研究的基础上，如图1所示，本申请实施例提供了一种红外探测器，该红外探测器包括：

衬底10；

位于所述衬底10表面的缓冲层20；

位于所述缓冲层20背离所述衬底10一侧的光学谐振腔30，所述光学谐振腔30由第一反射镜31、第二反射镜32以及所述第一反射镜31和所述第二反射镜32之间的空隙构成；

位于所述第一反射镜31和所述第二反射镜32之间的多个级联台阶40，所述级联台阶40依次包括电子势垒结构41、超晶格吸收结构42和空穴势垒结构43。

需要说明的是，在本申请实施例中，所述红外探测器为带间级联红外探测器。

需要说明的是，在本申请实施例中，所述光学谐振腔为法布里-泊罗谐振腔，在本申请其他实施例中，所述光学谐振腔还可以为其他类型的谐振腔，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述衬底为GaSb衬底，在本申请的其他实施例中，所述衬底还可以为其他材料的衬底，本申请对此不作限定，具体视情况。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述缓冲层为GaSb缓冲层，在本申请的其他实施例中，所述缓冲层还可以为其他材料的缓冲层，本申请对此不作限定，具体视情况。需要说明的是，在本申请实施例中，所述缓冲层可以为未掺杂缓冲层，在本申请其他实施例中，所述缓冲层还可以为掺杂缓冲层，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

本申请实施例所提供的红外探测器，包括多个级联台阶，所述级联台阶包括电子势垒结构、超晶格吸收结构和空穴势垒结构，所述级联台阶位于所述光学谐振腔内，在进行探测时，如果入射光进入该光学谐振腔，入射光在光学谐振腔的第一反射镜和第二反射镜之间进行多次反射，以使得该入射光能够多次通过超晶格吸收结构，发生共振，以增强超晶格吸收结构对该入射光的吸收，从而大幅度提高该红外探测器的量子效率，进而提高所述红外探测器的探测率。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述红外探测器包括2个-10个级联台阶，以使该红外探测器利用多个级联台阶，有效降低噪音，提高信噪比，同时还能提高所述红外探测器的工作温度。

需要说明的是，在本申请实施例中，不同的光学谐振腔的共振波长不同，而不同的共振波长所形成的驻波不同，从而导致不同的驻波的波腹的位置也会不同，因此，需要先确定谐振腔的共振波长，以便于确定该共振波长所形成的驻波的波腹的位置，从而可将级联台阶的超晶格吸收结构设置在该驻波的波腹的位置，以增大对入射光的吸收。具体的，在本申请的一个实施例中，所述共振波长为4μm，但这仅是所述共振波长的一种示例，并不对本申请实施例所提供的共振波长进行限定，具体视情况而定。

基于此，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，各所述级联台阶的超晶格吸收结构均位于所述光学谐振腔的波腹上，以使得该超晶格吸收结构对该共振波长充分吸收，即在共振波长处，该红外探测器的量子效率最高。

此外，由于本申请中的光学谐振腔能提供较好的波长选择性，因此，本申请中包括该光学谐振腔的红外探测器可结合相应波长的激光器使用，应用范围广泛，例如可应用到气体探测和能量传输，以及高光谱和多光谱成像等应用中。

需要说明的是，在本申请的一个实施例中，各所述级联台阶的超晶格吸收结构的厚度相同，以使得每个级联台阶之间的光电流接近，在本申请的其他实施例中，各所述级联台阶的超晶格吸收结构的厚度不完全相同，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述电子势垒结构包括多个第一量子阱，每个第一量子阱包括层叠的AlSb层和GaSb层；

所述超晶格吸收结构包括多层InAs层和多层GaSb层，所述超晶格吸收结构所包括的多层InAs层和所述超晶格吸收结构所包括的多层GaSb层交替排布；

所述空穴势垒结构包括多个第二量子阱，每个所述第二量子阱包括层叠的AlSb层和InAs层。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述的电子势垒结构包括3个-4个第一量子阱，可选的，在本申请实施例中，在每个所述第一量子阱中，所述AlSb层的厚度的取值范围为1nm-2nm，所述GaSb层的厚度的取值范围为3nm-8nm，所述GaSb层的掺杂类型为p型掺杂，所述GaSb层的掺杂浓度的取值范围为1×10¹⁵cm^-3-1×10¹⁷cm^-3。

需要说明的是，在本申请实施例中，所述第一量子阱中所包括的AlSb层为未掺杂AlSb层。

还需要说明的是，在本申请一个实施例中，在所述第一量子阱中，所述AlSb层的厚度可以相同，也可以不完全相同，在本申请的另一个实施例中，在所述第一量子阱中，所述GaSb层的厚度可以相同，也可以不完全相同，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

具体的，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述多个第一量子阱中的GaSb层，在背离所述衬底的方向上厚度逐渐降低，以使得所述第一量子阱内的空穴能级逐渐升高，以便让空穴传输的更顺畅。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述超晶格吸收结构为InAs/GaSb二类超晶格吸收结构，所述超晶格吸收结构所包括的InAs层的层数的取值范围为20层-60层，所述超晶格吸收结构所包括的GaSb层的层数的取值范围为20层-60层，其中，所述超晶格吸收结构所包括的InAs层的层数和所述超晶格吸收结构所包括的GaSb层的层数相同。

可选的，在本申请一个实施例中，所述超晶格吸收结构所包括的InAs层的厚度的取值范围为1nm-4nm，所述超晶格吸收结构所包括的InAs层的掺杂类型为p型，该InAs层的掺杂浓度的取值范围为1×10¹⁵cm^-3-1×10¹⁷cm^-3；所述超晶格吸收结构所包括的GaSb层的厚度的取值范围为1nm-4nm，该GaSb层的掺杂类型为p型，该GaSb层的掺杂浓度的取值范围为1×10¹⁵cm^-3-1×10¹⁷cm^-3。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述超晶格吸收结构还包括：位于所述InAs层和GaSb层之间的界面层，以减小InAs层和GaSb层的之间的应变，从而提高超晶格吸收结构的质量，可选的，在本申请的一个实施例中，所述界面层为InSb层，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

需要说明的是，在本申请一个实施例中，在所述超晶格吸收结构中，每层所述InAs层的厚度可以相同，也可以不完全相同，在本申请的另一个实施例中，在所述超晶格吸收结构中，各所述GaSb层的厚度可以相同，也可以不完全相同，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

还需要说明的是，在本申请实施例中，另外，在本申请实施例中，在所述超晶格吸收结构中，所述InAs层的掺杂浓度和所述GaSb层的掺杂浓度可以相同，也可以不相同，本申请对此不作限定，具体视情况而定。具体的，在本申请的一个实施例中，在所述超晶格吸收结构中，所述InAs层的掺杂浓度和所述GaSb层的的掺杂浓度相同。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述空穴势垒结构包括6个-10个第二量子阱，在本申请实施例中，在所述第二量子阱中，所述AlSb层的厚度的取值范围为1nm-2nm，且所述AlSb层为无掺杂AlSb层，在每个所述第二量子阱中，所述InAs层的厚度的取值范围为3nm-8nm，其中，对所述多个第二量子阱中的至少一层InAs层进行掺杂，所述InAs层的掺杂类型为n型掺杂，所述InAs层掺杂浓度的取值范围为1×10¹⁶cm^-3-1×10¹⁸cm^-3。

需要说明的是，在本申请实施例中，在所述空穴势垒结构中，每层所述InAs层的掺杂浓度可以相同，也可以不同。

还需要说明的是，在本申请一个实施例中，每个所述第二量子阱中的AlSb层的厚度可以相同，也可以不完全相同，在本申请的另一个实施例中，所述第二量子阱中的InAs层的厚度可以相同，也可以不完全相同，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

具体的，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述多个第二量子阱中的InAs层，在背离所述衬底的方向上厚度逐渐增加，以使得所述第二量子阱内的电子能级逐渐降低，以便让电子从超晶格吸收层很快提取出来，从而使得电子能更快地从高能级传输到低能级，实现电子弛豫。

继续如图1所示，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一反射镜31位于所述多个级联台阶40和所述缓冲层20之间，所述第二反射镜32位于所述多个级联台阶40背离所述缓冲层20一侧。

如图2所示，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述红外探测器还包括：位于所述光学谐振腔背离所述衬底10一侧的第一金属电极50。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述第一金属电极为双层电极，例如，所述双层电极为Ti/Au电极，其中，所述第一金属电极包括位于所述第二反射镜背离所述衬底一侧的Ti层以及位于所述Ti层背离所述第二反射镜一侧的Au层，在本申请其他实施例中，所述第一金属电极还可以为其他结构的和材质的电极，本申请对此不做限定，具体视情况而定。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述第一金属电极的厚度的取值范围为200nm-500nm，本申请对此不做限定，具体视情况而定。

继续如图2所示，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述红外探测器还包括：

位于所述第一反射镜31和所述级联台阶40之间的容错层60，所述容错层60露出背离衬底10一侧的表面形成台阶；

位于所述台阶底部的第二金属电极70，所述第二金属电极70与所述容错层60电连接。

需要说明的是，在本申请实施例中，所述第二金属电极可以与所述第一金属电极相同，也可以不同，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

还需要说明的是，在本申请实施例中，所述台阶是利用刻蚀工艺对所述级联台阶的侧壁进行刻蚀，直到露出所述容错层背离衬底一侧的表面所形成的，因此，在台阶的形成过程中，本申请利用所述容错层作为刻蚀停止层，以防止对所述第一反射镜进行刻蚀，从而保护了所述第一反射镜。还需要说明的是，在本申请实施例中，所述刻蚀工艺包括湿法刻蚀或光刻，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

继续如图2所示，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述容错层60包括第一子容错层61和第二子容错层62，所述第一子容错层61为GaSb层，所述第二子容错层62为超晶格容错层，可选的，在本申请的一个实施例中，所述第二子容错层62包括多层AlInSb层和多层InAs层，所述第二子容错层62所包括的多层AlInSb层和所述第二子容错层所包括的多层InAs层交替排布。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一子容错层的厚度的取值范围为200nm-300nm，所述第一子容错层的掺杂类型为p型，掺杂浓度的取值范围为1×10¹⁶cm^-3-1×10¹⁸cm^-3，所述第二子容错层的厚度的取值范围为200nm-300nm，所述第二子容错层中的InAs层的掺杂类型为n型，掺杂浓度的取值范围为1×10¹⁶cm^-3-1×10¹⁸cm^-3。

需要说明的是，在本申请实施例中，对所述第一子容错层的掺杂是对所述第一子容错层朝向所述第二子容错层的一侧的表面进行的掺杂，所述第二子容错层中的AlInSb层为未掺杂的AlInSb层。

可选的，在本申请一个实施例中，所述超晶格容错层中AlInSb的化学式为AlIn_0.3Sb_0.7，所述超晶格容错层中InAs的化学式为InAs，在本申请的其他实施例中，所述超晶格容错层中AlInSb的化学式还可以为其他形式。

可选的，在本申请一个实施例中，所述容错层还包括：位于所述第一子容错层和第二子容错层之间的第二过渡层，以便让电子更顺畅的传输。

可选的，在本申请一个实施例中，所述第二过渡层是由多层AlInSb层和多层InAs层组成的多量子阱层，所述第二过渡层所包括的多层AlInSb层和所述第二过渡层所包括的多层InAs层交叠设置，在本申请的其他实施例中，所述第二过渡层还可以为其他材料的过渡层，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

另外，需要说明的是，在本申请实施例中，发明人可根据入射光是从光学谐振腔远离所述衬底的一侧入射，还是直接从衬底一侧入射，将所述红外探测器分为两种类型。

下面我们先对入射光从所述光学谐振腔远离所述衬底的一侧入射的红外探测器为例进行描述。

如图3所示，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一反射镜31为布拉格反射镜，在本申请其他实施例中，所述第一反射镜31还可以为其他类型的反射镜，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，如果入射光从所述光学谐振腔30远离所述衬底10的一侧入射，所述第一反射镜31包括多层AlAsSb层和多层GaSb层，所述第一反射镜31所包括的多层AlAsSb层和所述第一反射镜31所包括的多层GaSb层交替排布，其中，所述第一反射镜所包括的AlAsSb层的层数的取值范围为9层-15层，所述第一反射镜所包括的GaSb层的层数的取值范围为9层-15层。需要说明的是，在本申请实施例中，所述第一反射镜31所包括的AlAsSb层的层数比所述第一反射镜31所包括的GaSb层数的层数多一层。

继续如图3所示，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，需要说明的是，在本申请实施例中，本申请对所述第一反射镜所包括的AlAsSb层的厚度的取值范围和所述第一反射镜所包括的GaSb层的厚度的取值范围不作限定，具体视情况而定。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述第一反射镜的反射率≥90％，以将更多的入射到所述第一反射镜表面的入射光反射到所述超晶格吸收结构，使所述超晶格吸收结构充分吸收该入射光，从而进一步提高所述红外探测器对入射光的利用率，提高红外探测器的转换效率，进而提高所述红外探测器的探测率。

需要说明的是，一般不掺杂的GaSb层的类型为p型，其中该不掺杂的GaSb层会产生自由载流子吸收，同时还会降低其自身折射率，因此，发明人对所述第一反射镜所包括的GaSb层进行n型掺杂。基于此，在本申请一个实施例中，所述第一反射镜所包括的GaSb层的掺杂类型为n型，掺杂浓度的取值范围为1×10¹⁶cm^-3-1×10¹⁷cm^-3，以中和所述第一反射镜所包括的GaSb层的背景空穴浓度，从而消除该GaSb层中的自由载流子吸收，同时提高其自身折射率。

可选的，在本申请一个实施例中，所述第一反射镜中AlAsSb的化学式为AlAs_0.08Sb_0.92，所述第一反射镜中GaSb的化学式为GaSb，在本申请的其他实施例中，所述第一反射镜中AlAsSb的化学式还可以为其他形式。

在上述任一实施例的基础上，在本申请实施例中，所述红外探测器还包括：位于所述多个级联台阶背离所述衬底一侧的第一接触层，所述第一接触层用于与所述第一金属电极形成良好的欧姆接触。需要说明的是，在本申请一个实施例中，所述第一接触层可以位于所述光学谐振腔内，具体的，所述第一接触层位于所述多个级联台阶和所述第二反射镜之间，在本申请的其他实施例中，所述第一接触层还可以位于所述光学谐振腔外，具体的，所述第一接触层位于所述第二反射镜背离所述衬底一侧，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

在上述任一实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第一接触层为InAs接触层，在本申请的其他实施例中，所述第一接触层还可以为其他材料的接触层，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

在上述任一实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第一接触层的厚度的取值范围为10nm-30nm，所述第一接触层的掺杂类型为n型，所述第一接触层的掺杂浓度的取值范围为1×10¹⁷cm^-3-1×10¹⁹cm^-3。

在本申请的其他实施例中，也可以不增设额外的第一接触层，可直接将第二反射镜复用为第一接触层，从而可以简化该红外探测器的结构。

基于此，在本申请另一个实施例中，所述第二反射镜复用为第一接触层，即所述第二反射镜为第一接触层，以使所述第二反射镜与所述第一金属电极形成良好的欧姆接触，无需增设额外的第一接触层，从而可以简化该红外探测器的结构。

需要说明的是，在本申请实施例中，所述第二反射镜的反射率不宜过高，也不宜过低，如果所述第二反射镜的反射率过高，当外界射入到该第二反射镜的入射光射入到第二反射镜时，该第二反射镜会对该入射光进行高反射，降低了入射光的入射率，从而使得入射光射入到所述光学谐振腔的光较少，进而降低了入射光的利用率；如果所述第二反射镜的反射率过低，当从第一反射镜反射回来的入射光反射到所述第二反射镜时，该第二反射镜会对该入射光进行高透射，降低了入射光的反射率，从而使得入射光反射到超晶格吸收区的光较少，进而降低了入射光的利用率。基于此，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第二反射镜的反射率的取值范围为30％-70％。

在本申请的其他实施例中，所述第二反射镜还可以是位于所述第一接触层背离所述衬底一侧的布拉格反射镜，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

继续如图3所示，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，还包括：多个第一间隔层80，所述多个第一间隔层80与所述多个级联台阶40交替排布，且所述第一间隔层80位于相邻两个所述级联台阶40之间，以使所述级联台阶40位于所述光学谐振腔30的波腹上。需要说明的是，在本申请实施例中，所述第一间隔层80位于相邻的波腹之间。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述第一间隔层为GaSb层，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述第一间隔层的厚度为200nm-350nm，所述第一间隔层的掺杂类型为p型，所述第一间隔层的掺杂浓度的取值范围为1×10¹⁶cm^-3-1×10¹⁸cm^-3。

继续如图3所示，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述红外探测器还包括：第二间隔层90，所述第二间隔层90位于所述第二反射镜32与所述多个级联台阶40之间。需要说明的是，在本申请实施例中，所述第一间隔层80与所述第二间隔层90可以相同，也可以不相同，具体的，在本申请的一个实施例中，所述第一间隔层80与所述第二间隔层90相同。

还需要说明的是，在本申请实施例中，所述第二间隔层位于相邻的波腹之间。

继续如图3所示，在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述红外探测器还包括：位于所述第二间隔层90和所述第二反射镜32之间的第一过渡层100，以使电子更顺畅地从所述第二间隔层90传输到第二反射镜32，即等效于减小所述第二间隔层90和所述第二反射镜32之间的电阻。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一过渡层为多量子阱过渡层，所述多量子阱过渡层包括多个第三量子阱，所述第三量子阱包括层叠的AlInSb层和InAs层。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述多量子阱过渡层包括2个-3个第三量子阱，在本申请实施例中，在所述第三量子阱中，所述AlInSb层的厚度的取值范围为1nm-2nm，所述InAs层的厚度的取值范围为9nm-10nm。

需要说明的是，在本申请一个实施例中，在所述第三量子阱中，AlInSb的化学式为AlIn_0.3Sb_0.7，在所述第三量子阱中InAs的化学式为InAs，在本申请的其他实施例中，所述第三量子阱中AlInSb的化学式还可以为其他形式。

下面结合一具体实施例，以共振波长(某一红外波段的峰值波长)为4μm，对本申请提供的入射光从所述光学谐振腔远离所述衬底的一侧入射的红外探测器进行描述：

所述红外探测器包括：衬底、缓冲层、第一反射镜、容错层、3个级联台阶、多个第一间隔层、第二间隔层、第一过渡层、第二反射镜、第一金属电极和第二金属电极；

所述衬底为GaSb衬底；

所述缓冲层为GaSb缓冲层，所述GaSb缓冲层的厚度为500nm，所述GaSb缓冲层为未掺杂的缓冲层；

所述第一反射镜为布拉格反射镜，所述第一反射镜的反射率接近90％；

具体的，所述第一反射镜包括11层AlAsSb层和10层GaSb层组成，所述11层AlAsSb层和所述10层GaSb层交替排布，其中，AlAsSb(例如AlAs_0.08Sb_0.92)层的厚度为315nm，所述AlAsSb(例如AlAs_0.08Sb_0.92)层为未掺杂的AlAsSb(例如AlAs_0.08Sb_0.92)层，GaSb层的厚度为263nm，GaSb层的掺杂类型为n型，掺杂浓度为7×10¹⁶cm^-3；

所述容错层包括第一子容错层和第二子容错层，所述第一子容错层为GaSb层，该GaSb层的厚度为209nm，对GaSb层背离衬底一侧的表面进行掺杂，掺杂类型为p，掺杂浓度为2×10¹⁷cm^-3；

所述第二子容错层为AlInSb/InAs(例如AlIn_0.3Sb_0.7/InAs)超晶格容错层；

具体的，所述AlIn_0.3Sb_0.7/InAs超晶格容错层包括21层AlIn_0.3Sb_0.7层和21层InAs层，每层AlIn_0.3Sb_0.7层的厚度为1.9nm，所述AlIn_0.3Sb_0.7层为未掺杂的AlIn_0.3Sb_0.7层，每层InAs层的厚度为8.1nm，掺杂类型为n型，掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-3；

所述级联台阶包括电子势垒结构、超晶格吸收结构和空穴势垒结构；其中，所述电子势垒结构由4个第一量子阱构成，第一量子阱包括层叠的AlSb层和GaSb层；

具体的，4个第一量子阱由下往上(即沿衬底到光学谐振腔的方向)依次为第一个第一量子阱、第二个第一量子阱、第三个第一量子阱和第四个第一量子阱，其中，第一个第一量子阱由厚度为1.2nmAlSb层和厚度为7.1nmGaSb层构成，第二个第一量子阱由厚度为1.2nmAlSb层和厚度为6.0nmGaSb层构成，第三个第一量子阱由厚度为1.3nmAlSb层和厚度为4.5nmGaSb层构成，第四个第一量子阱由厚度为1.3nmAlSb层和厚度为3.1nmGaSb层构成。在第一量子阱中，所有AlSb层为未掺杂的AlSb层，每个GaSb层的掺杂类型为p型掺杂，掺杂的浓度为2.4×10¹⁶cm^-3；

所述超晶格吸收结构包括40个周期，每个周期依次包括InAs层、InSb层、GaSb层以及InSb层；

具体的：在每个周期中，InAs层的厚度为2.01nm、InSb层的厚度为0.13nm、GaSb层的厚度为2.55nm以及InSb层的厚度为0.13nm，InAs层、InSb层、GaSb层和InSb层的掺杂类型均为p型，掺杂浓度均为2.4×10¹⁶cm^-3；

所述空穴势垒结构由8个第二量子阱构成，第二量子阱包括层叠的AlSb层和InAs层；其中，8个第二量子阱由下往上依次为第一个第二量子阱、第二个第二量子阱、第三个第二量子阱、第四个第二量子阱、第五个第二量子阱、第六个第二量子阱、第七个第二量子阱、第八个第二量子阱；

具体的，第一个第二量子阱由厚度为1.7nmAlSb层和厚度为3.1nmInAs层构成，第二个第二量子阱由厚度为1.7nmAlSb层和厚度为3.5nmInAs层构成，第三个第二量子阱由厚度为1.6nmAlSb层和厚度为3.7nmInAs层构成，第四个第二量子阱由厚度为1.5nmAlSb层和厚度为3.9nmInAs层构成，第五个第二量子阱由厚度为1.5nmAlSb层和厚度为4.4nmInAs层构成，第六个第二量子阱由厚度为1.5nmAlSb层和厚度为5.3nmInAs层构成，第七个第二量子阱由厚度为1.5nmAlSb层和厚度为6.1nmInAs层构成，第八个第二量子阱由厚度为1.5nmAlSb层和厚度为7.0nmInAs层构成；在第二量子阱中，所有的AlSb层为未掺杂的AlSb层，至少对一层InAs层进行掺杂，至少一层InAs层的掺杂类型为n型掺杂，掺杂的浓度为1.5×10¹⁷cm^-3；

所述多个第一间隔层与所述多个级联台阶交替排布，且所述第一间隔层位于相邻两个所述级联台阶之间；

具体的，所述第一间隔层为GaSb层，厚度为273nm，掺杂类型为p型，掺杂浓度为2.4×10¹⁶cm^-3，所述第一间隔层位于相邻的波腹之间；

所述第二间隔层位于所述多个级联台阶背离所述衬底一侧，所述第二间隔层和所述第一间隔层相同，所述第二间隔层位于相邻的波腹之间；

所述第一过渡层为多量子阱过渡层，所述多量子阱过渡层包括2个第三量子阱，所述第三量子阱包括层叠的AlInSb(例如AlIn_0.3Sb_0.7)层和InAs层，其中，2个第三量子阱由下往上依次为第一个第三量子阱和第二个第三量子阱；

具体的，第一个第三量子阱由厚度为1.5nmAlIn_0.3Sb_0.7层和厚度为9.0nmInAs层构成，第二个第三量子阱由厚度为1.4AlIn_0.3Sb_0.7层和厚度为9.4nmInAs层构成；

所述第二反射镜(即第一接触层)为InAs接触层，所述第二反射镜的厚度为20nm，掺杂类型为n型，掺杂的浓度为7×10¹⁷cm^-3；

所述第一金属电极为Ti/Au电极，由下往上，依次为Ti层和Au层，所述Ti层的厚度为50nm，所述Au层的厚度为200nm；

所述第二金属电极位于所述容错层上的台阶的底部，与所述容错层电连接，所述第二金属电极与第一金属电极相同。

图4示出了本申请上述实施例所提供的入射光从所述光学谐振腔远离所述衬底的一侧入射的红外探测器对应的模拟红外探测器中部分结构的折射率示意图，以及入射光入射到该模拟红外探测器中的光场分布示意图；其中，波浪形曲线为光场分布曲线，方波为红外探测器中各结构的折射率分布曲线。从图4中可以看出，该红外探测器包括三个级联台阶，而每个级联台阶中的超晶格吸收结构分别位于不同位置处的波腹，以便对入射光进行充分的吸收利用，该红外探测器中的第一反射镜包括10对层叠的AlAsSb层和GaSb层，且AlAsSb层和GaSb层的折射率差值大约为0.6，以使得所述第一反射镜的反射率≥90％，从而使得入射到第一反射镜上的光束绝大部分反射回光学谐振腔内，提高了对光的利用率。因此，该图证明了本申请上述红外探测器的有效性和可行性。

接下来我们再对入射光直接从衬底一侧入射的红外探测器为例进行描述：

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一反射镜为布拉格反射镜。

需要说明的是，在本申请实施例中，所述第一反射镜的反射率不宜过高，也不宜过低，如果所述第一反射镜的反射率过高，当外界射入到该第一反射镜的入射光射入到第一反射镜时，该第一反射镜会对该入射光进行高反射，降低了入射光的透射率，从而使得入射光射入到所述光学谐振腔的光较少，进而降低了入射光的利用率；如果所述第一反射镜的反射率过低，当从第二反射镜反射回来的入射光反射到所述第一反射镜时，该第一反射镜会对该入射光进行高透射，降低了入射光的入射率，从而使得入射光反射到超晶格吸收结构的光较少，进而降低了入射光的利用率。基于此，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述第一反射镜的反射率的取值范围为30％-70％。

如图5所示，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，如果入射光从所述衬底的一侧入射，所述第一反射镜包括多层AlAsSb层和多层GaSb层，所述第一反射镜所包括的多层AlAsSb层和所述第一反射镜所包括的多层GaSb层交替排布，其中，所述第一反射镜所包括的AlAsSb层的层数的取值范围为5层-7层，所述第一反射镜所包括的GaSb层的层数的取值范围为5层-7层，需要说明的是，在本申请实施例中，所述第一反射镜31所包括的AlAsSb层的层数比所述第一反射镜31所包括的GaSb层数的层数多一层。

需要说明的是，在本申请实施例中，对所述第一反射镜所包括的AlAsSb层的厚度的取值范围和所述第一反射镜所包括的GaSb层的厚度的取值范围不作限定，具体视情况而定。

需要说明的是，一般不掺杂的GaSb层的类型为p型，其中该不掺杂的GaSb层会产生自由载流子吸收，同时还会降低其自身折射率，因此，发明人对所述第一反射镜所包括的GaSb层进行n型掺杂。

基于此，在本申请一个实施例中，所述第一反射镜所包括的GaSb层的掺杂类型为n型，掺杂浓度的的取值范围为1×10¹⁶cm^-3-1×10¹⁷cm^-3，以中和所述第一反射镜所包括的GaSb层的背景空穴浓度，从而消除该GaSb层中的自由载流子吸收，同时提高其自身折射率。

可选的，在本申请一个实施例中，所述第一反射镜中AlAsSb的化学式为AlAs_0.08Sb_0.92，所述超晶格容错层中GaSb的化学式为GaSb，在本申请的其他实施例中，所述超晶格容错层中AlAsSb的化学式还可以为其他形式，

继续如图5所示，在上述任一实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第二反射镜32包括Ag层。在本申请的另一个实施例中，所述第二反射镜32还可以包括Au层，在本申请的其他实施例中，所述第二反射镜32还可以包括其他材料膜层，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述第二反射镜32的厚度的取值范围为200nm-500nm，在本申请的其他实施例中，所述第二反射镜32的厚度的取值范围还可以为其他值，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

在上述任一实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第二反射镜的反射率≥90％，以将更多的入射到所述第二反射镜表面的入射光反射到所述超晶格吸收结构，使所述超晶格吸收结构充分吸收该入射光，从而进一步提高所述红外探测器对入射光的利用率，提高红外探测器的转换效率，进而提高所述红外探测器的探测率。

继续如图5所示，在上述任一实施例的基础上，在本申请实施例中，所述红外探测器还包括：位于所述多个级联台阶40与所述第二反射镜32之间的第二接触层110。

在上述任一实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第二接触层为InAs接触层，在本申请的其他实施例中，所述第二接触层还可以为其他材料的接触层，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

在上述任一实施例的基础上，在本申请一个实施例中，所述第二接触层的厚度的取值范围为10nm-30nm，所述第二接触层的掺杂类型为n型，所述第二接触层的掺杂浓度的取值范围为1×10¹⁷cm^-3-1×10¹⁹cm^-3。

在上述任一实施例的基础上，在本申请一个实施例中，还包括：多个第三间隔层120，所述多个第三间隔层120与所述多个级联台阶40交替排布，且所述第三间隔层120位于相邻两个所述级联台阶40之间，以使所述级联台阶40位于所述光学谐振腔的波腹上。

需要说明的是，本申请实施例中所述第三间隔层位于相邻的波腹之间。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述第三间隔层为GaSb层，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述第三间隔层的厚度为200nm-300nm，所述第三间隔层的掺杂类型为p型，所述第三间隔层的掺杂浓度的取值范围为1×10¹⁶cm^-3-1×10¹⁸cm^-3。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述红外探测器还包括：第四间隔层130，所述第四间隔层130位于所述多个级联台阶40朝向所述衬底10一侧。需要说明的是，在本申请实施例中，所述第三间隔层120与所述第四间隔层130可以相同，也可以不相同，具体的，在本申请的一个实施例中，所述第三间隔层120与所述第四间隔层130相同。还需要说明的是，在本申请实施例中，所述第四间隔层130也位于相邻的波腹之间。

需要说明的是，对于本申请上述提供的入射光直接从所述衬底远离所述光学谐振腔的一侧入射的红外探测器来说，在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述空穴势垒结构可以包括6个-10个第二量子阱，本申请对此不作限定，具体视情况而定。

下面结合一具体实施例，以共振波长为4μm为例，对本申请提供的入射光直接从所述衬底的一侧入射的红外探测器进行描述：

所述红外探测器包括：衬底、缓冲层、第一反射镜、容错层、第四间隔层、多个第三间隔层、3个级联台阶、第三过渡层、第二接触层、第二反射镜、第一金属电极和第二金属电极；

所述衬底为GaSb衬底；

所述缓冲层为GaSb缓冲层，所述GaSb缓冲层的厚度为500nm，所述GaSb缓冲层为未掺杂的缓冲层；

所述第一反射镜为布拉格反射镜，所述第一反射镜的折射率接近65％；

具体的，所述布拉格反射镜包括7层AlAsSb层和6层GaSb层组成，所述7层AlAsSb层和所述6层GaSb层交替排布，其中，AlAsSb(例如AlAs_0.08Sb_0.92)层的厚度为315nm，所述AlAsSb(例如AlAs_0.08Sb_0.92)层为未掺杂的AlAsSb(例如AlAs_0.08Sb_0.92)层，GaSb层的厚度为263nm，GaSb层的掺杂类型为n型，掺杂浓度为7×10¹⁶cm^-3；

所述容错层包括第一子容错层和第二子容错层，所述第一子容错层为GaSb层，该GaSb层的厚度为209nm，对GaSb层背离衬底一侧的表面进行掺杂，掺杂类型为p，掺杂浓度为2×10¹⁷cm^-3；

所述第二子容错层为AlInSb/InAs(例如AlIn_0.3Sb_0.7/InAs)超晶格容错层；

具体的，所述AlIn_0.3Sb_0.7/InAs超晶格容错层包括21层AlIn_0.3Sb_0.7层和21层InAs层，每层AlIn_0.3Sb_0.7层的厚度为1.9nm，所述AlIn_0.3Sb_0.7层为未掺杂的AlIn_0.3Sb_0.7层，每层InAs层的厚度为8.1nm，掺杂类型为n型，掺杂浓度为5×10¹⁷cm^-3；

所述第三间隔层与所述级联台阶交替排布，且所述第三间隔层位于相邻两个所述级联台阶之间；

具体的，所述第三间隔层为GaSb层，厚度为273nm，掺杂类型为p型，掺杂浓度为2.4×10¹⁶cm^-3，所述第三间隔层位于相邻的波腹之间；

所述第四间隔层位于所述多个级联台阶朝向所述衬底一侧，所述第四间隔层和所述第三间隔层相同，所述第四间隔层位于相邻的波腹之间；

所述级联台阶包括电子势垒结构、超晶格吸收结构和空穴势垒结构；其中，所述电子势垒结构由4个第一量子阱构成，第一量子阱包括层叠的AlSb层和GaSb层；

具体的，4个第一量子阱由下往上(即沿衬底到光学谐振腔的方向)依次为第一个第一量子阱、第二个第一量子阱、第三个第一量子阱和第四个第一量子阱，其中，第一个第一量子阱由厚度为1.2nmAlSb层和厚度为7.1nmGaSb层构成，第二个第一量子阱由厚度为1.2nmAlSb层和厚度为6.0nmGaSb层构成，第三个第一量子阱由厚度为1.3nmAlSb层和厚度为4.5nmGaSb层构成，第四个第一量子阱由厚度为1.3nmAlSb层和厚度为3.1nmGaSb层构成。在第一量子阱中，所有AlSb层为未掺杂的AlSb层，每个GaSb层的掺杂类型为p型掺杂，掺杂的浓度为2.4×10¹⁶cm^-3；

所述超晶格吸收结构包括40个周期，每个周期依次包括InAs层、InSb层、GaSb层以及InSb层；

具体的：在每个周期中，InAs层的厚度为2.01nm、InSb层的厚度为0.13nm、GaSb层的厚度为2.55nm以及InSb层的厚度为0.13nm，InAs层、InSb层、GaSb层和InSb层的掺杂类型均为p型，掺杂浓度均为2.4×10¹⁶cm^-3；

所述空穴势垒结构由8个第二量子阱构成，第二量子阱包括层叠的AlSb层和InAs层；其中，8个第二量子阱由下往上依次为第一个第二量子阱、第二个第二量子阱、第三个第二量子阱、第四个第二量子阱、第五个第二量子阱、第六个第二量子阱、第七个第二量子阱、第八个第二量子阱；

具体的，第一个第二量子阱由厚度为1.7nmAlSb层和厚度为3.1nmInAs层构成，第二个第二量子阱由厚度为1.7nmAlSb层和厚度为3.5nmInAs层构成，第三个第二量子阱由厚度为1.6nmAlSb层和厚度为3.7nmInAs层构成，第四个第二量子阱由厚度为1.5nmAlSb层和厚度为3.9nmInAs层构成，第五个第二量子阱由厚度为1.5nmAlSb层和厚度为4.4nmInAs层构成，第六个第二量子阱由厚度为1.5nmAlSb层和厚度为5.3nmInAs层构成，第七个第二量子阱由厚度为1.5nmAlSb层和厚度为6.1nmInAs层构成，第八个第二量子阱由厚度为1.5nmAlSb层和厚度为7.0nmInAs层构成。在第二量子阱中，所有AlSb层为未掺杂的AlSb层，至少对一层InAs层进行掺杂，至少一层InAs层的掺杂类型为n型掺杂，掺杂的浓度为1.5×10¹⁷cm^-3；

所述第二接触层为InAs接触层，所述第二接触层的厚度为20nm，掺杂类型为n型，掺杂的浓度为5×10¹⁷cm^-3；

所述第二反射镜为Ag层，所述第二反射镜的厚度为200nm，其反射率接近95％；

所述第一金属电极为Au电极，所述第一金属电极的厚度为300nm；

所述第二金属电极位于所述容错层上的台阶的底部，所述第二金属电极与第一金属电极相同。

图6示出了本申请上述实施例所提供的入射光直接从所述衬底的一侧入射的红外探测器对应的模拟红外探测器中部分结构的折射率示意图，以及入射光入射到该模拟红外探测器中的光场分布示意图；其中，波浪形曲线为光场分布曲线，方波为红外探测器中各结构的折射率分布曲线。从图中可以看出，该红外探测器包括三个级联台阶，而每个级联台阶中的超晶格吸收结构分别位于不同位置处的波腹，以便对入射光进行充分的吸收利用，该红外探测器中的第一反射镜包括6对层叠的AlAsSb层和GaSb层，且AlAsSb层和GaSb层的折射率差值大约为0.6，能够使得所述第一反射镜的反射率≥65％，以使得当第二反射镜上反射回来的入射光入射到第一反射镜上时，该第一反射镜将大部分的光束反射回光学谐振腔内，提高了对光的利用率。因此，该图说明了具有本申请上述结构的红外探测器的有效性和可行性。

综上，本申请实施例所提供的红外探测器中，包括多个级联台阶，所述级联台阶包括电子势垒结构、超晶格吸收结构和空穴势垒结构，所述级联台阶位于所述光学谐振腔内，在进行探测时，如果入射光进入该光学谐振腔，入射光在光学谐振腔的第一反射镜和第二反射镜之间进行多次反射，以使得该入射光能够多次通过超晶格吸收结构，发生共振，以增强超晶格吸收结构对该入射光的吸收，从而大幅度提高该红外探测器的量子效率，进而提高所述红外探测器的探测率。

另外，本申请通过将具有多个级联台阶的红外探测器和光学谐振腔相结合，既保持了带间级联探测器响应速度快，暗电流水平低等多种优点，又可显著提高其量子效率，进而提高了红外探测器的探测器率。例如在峰值相应波长4μm(即共振波长)处，本申请中包括光学谐振腔和多个级联台阶的红外探测器可将室温探测率提高一个数量级。此外，由于本申请中的光学谐振腔能提供较好的波长选择性，因此，本申请中包括该光学谐振腔的红外探测器可结合相应波长的激光器使用，应用范围广泛，例如可应用到气体探测和能量传输，以及高光谱和多光谱成像等应用中。

需要说明的是，在本申请中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

还需要说明的是，在本申请中，诸如数值的取值范围为a-b中，该数值的取值范围既包括a到b之间的数值，还包括a和b这两个端点值。

本说明书中各个部分采用并列和递进相结合的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。