量子阱红外探测器(Quantum Well Infrared Photodetector)作为红外探测器发展的新时代,已经从20世纪九十年代就展开了研究步伐。量子阱红外探测器的探测波长是通过改变材料的A1组分、阱宽或势垒高度来调节的,光跃迁发生在同一带内的不同子带间,本质上属于非本征光电导机制,除了波长调节范围大外,它还可以利用宽带材料(如GaAs/AlGaAs等)来制作,给材料选择以较大的灵活性。由于同一导带(或价带)内不同子带间的跃迁密切依赖于光极化场方向,因而这类探测器存在的主要问题是对垂直光入射吸收的禁戒性。因此,把更多的入射光耦合到量子阱中并产生更多的能激发基态电子的有效电矢量便成为量子阱红外探测器的一个重要研究方向。经历了几十年的发展,已经陆续出现了若干种耦合方式：(1)450光波导或者Brewster角入射；(2)波纹耦合；(3)随机反射光栅；(4)光栅耦合,包括一维衍射光栅和二维衍射光栅。而本文的重点在于提出一种新型的二维光栅来实现更高的耦合效率,即基于表面等离子体激元增强的金属光栅。该金属光栅利用金属与半导体的接触面以及金属上周期分布的阵列结构来实现周期的材料色散来调制入射光并对金属表面的自由电子激发共振,从而形成表面等离子体波(Surface Plasmon Wave)以达到电场增强效果。本文提出的金属光栅设计旨在为基于GaN/AlGaN的中红外量子阱探测器设计一个合理的耦合层,以提高量子阱的探测效率。在模拟和实验中通过改变二维金属光栅的尺寸、金属膜厚度、金属类型、光栅类型、钝化层厚度等参数来实现探测波段为3～5μm的最佳耦合光栅。模拟部分使用FDTD Solutions软件,采用FDTD计算方法,由于在金属光栅的模拟计算中,其形貌特征尺寸和波长具有同一数量级,该方法在时间和空间上都把麦克斯韦方程组看作是有限差分方程,因此FDTD法变得更合适。实验部分是在蓝宝石基底材料上制作金属光栅,脱离量子阱材料,只用双面抛光的蓝宝石来实验,利用Stepper步进式光刻机光刻,用IBE刻蚀金属光栅,用PECVD生长钝化层。通过比较各个参数的红外透射谱和反射谱得到响应峰最适合3～5μm的探测要求。测试部分是利用红外傅里叶光谱仪测试出样片的红外透射谱,然后与模拟数据谱进行比较,最终得出最佳的光栅尺寸。