InAs/GaSb超晶格长波红外探测器

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外探测器因其特殊的能带结构及其自身的材料和器件优势,在红外成像技术上具备极大的应用价值和前景,同时在大面阵长波红外探测器及甚长波红外探测器领域展现出优异的器件性能,并推动世界各国对这一低维半导体研究的持续发展,成为第三代红外探测器技术的最佳选择,并在国防建设、医疗、电力、天文学、抗灾方面有着广泛的应用.本文着重介绍了Ⅱ类超晶格长波红外探测器器件的制备、焦平面的成像测试以及器件的相关性能.长波探测器器件在77 K条件下10%截止波长为14 μm,峰值量子效率为35%,峰值响应2.6 A/W,峰值探测率接近1×1010 cmHz1/2W-1.     

InAs/GaSb超晶格探测器台面工艺研究

InAs/GaSb SLs探测器台面刻蚀常用的工艺有干法刻蚀和湿法刻蚀。研究了三种等离子刻蚀气体(Cl2基, Ar基和CH4基)对超晶格的刻蚀效果,SEM结果表明,CH4基组分能够得到更加平整的表面形貌和更少的腐蚀坑;之后采用湿法腐蚀工艺,用于消除干法刻蚀带来的刻蚀损伤,分别研究了酒石酸系和磷酸系两种腐蚀溶液的去损伤效果,结果表明,磷酸系腐蚀液的去损伤效果更好,且腐蚀速率更加稳定。采用优化的台面工艺制备了InAs/GaSb SLs探测器,其I- V特性曲线表明二极管具有较低的暗电流,其77 K时动态阻抗R0A =1.98×104Ωcm2。     

InAs/GaSb超晶格探测器台面工艺研究

InAs/GaSb SLs探测器台面刻蚀常用的工艺有干法刻蚀和湿法刻蚀.研究了三种等离子刻蚀气体(Cl2基, Ar基和CH4基)对超晶格的刻蚀效果,SEM结果表明,CH4基组分能够得到更加平整的表面形貌和更少的腐蚀坑;之后采用湿法腐蚀工艺,用于消除干法刻蚀带来的刻蚀损伤,分别研究了酒石酸系和磷酸系两种腐蚀溶液的去损伤效果,结果表明,磷酸系腐蚀液的去损伤效果更好,且腐蚀速率更加稳定.采用优化的台面工艺制备了InAs/GaSb SLs探测器,其I-V特性曲线表明二极管具有较低的暗电流,其77 K时动态阻抗R0A =1.98104 cm2.     

GaAs基GaSb体材料及InAs/GaSb超晶格材料的MBE生长

采用分子束外延方法在GaAs(100)衬底上生长GaSb体材料,以此GaSb为缓冲层生长了不同InAs厚度的InAs/GaSb超晶格,其10K光致发光谱峰值波长在2.0～2.6 μm.高分辨透射电子显微镜观察证实超晶格界面清晰,周期完整.     

2～3μmGaAs基InAs/GaSb超晶格材料

采用分子束外延方法在GaAs(100)衬底上生长GaSb体材料,以此GaSb为缓冲层生长了不同InAs厚度的InAs/GaSb超晶格,其10 K光荧光谱峰值波长在2～2.6 μm.高分辨透射电子显微镜观察证实超晶格界面清晰,周期完整.InAs/GaSb超晶格材料的成功生长是制备这类红外探测器件重要的第一步.     

320×256元InAs/GaSb II类超晶格中波红外双色焦平面探测器

报道了320×256元InAs/GaSb II类超晶格红外双色焦平面阵列探测器的初步结果.探测器采用PN-NP叠层双色外延结构,信号提取采用顺序读出方式.运用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料,双波段红外吸收区的超晶格周期结构分别为7 ML InAs/7 ML GaSb和10 ML InAs/10 ML GaSb.焦平面阵列像元中心距为30μm.在77 K时测试,器件双色波段的50%响应截止波长分别为4.2μm和5.5μm,其中N-on-P器件平均峰值探测率达到6.0×10~(10) cmHz~(1/2)W~(-1),盲元率为8.6%;P-on-N器件平均峰值探测率达到2.3×10~9 cmHz~(1/2)W~(-1),盲元率为9.8%.红外焦平面偏压调节成像测试得到较为清晰的双波段成像.     

InAs/GaSbⅡ类超晶格电学性能研究

为了提高InAs/GaSb超晶格探测器性能和工作温度,研究了超晶格吸收层载流子输运性能。利用分子束外延在半绝缘GaAs衬底上生长InAs/GaSb超晶格材料,用霍尔测试表征材料电学性能,研究了不同条件,包括退火、束流比和在超晶格不同材料层的掺杂对超晶格电学性能的影响。     

GaAs基GaSb体材料及InAs/GaSb超晶格材料的MBE生长

采用分子束外延方法在GaAs(100)衬底上生长GaSb体材料,以此GaSb为缓冲层生长了不同InAs厚度的InAs/GaSb超晶格,其10K光致发光谱峰值波长在2.0～2.6 μm.高分辨透射电子显微镜观察证实超晶格界面清晰,周期完整.     

InAs/GaSb II类超晶格中波红外探测器

InAs/GaSb II类超晶格探测器是近年来国际上发展迅速的红外探测器,其优越性表现在高量子效率和高工作温度,以及良好的均匀性和较低的暗电流密度,因而受到广泛关注。报道了InAs/GaSb超晶格中波材料的分子束外延生长和器件性能。通过优化分子束外延生长工艺,包括生长温度和快门顺序等,获得了具原子级表面平整的中波InAs/GaSb超晶格材料,X射线衍射零级峰的双晶半峰宽为28.8,晶格失配a/a=1.510-4。研制的p?鄄i?鄄n单元探测器在77 K温度下电流响应率达到0.48 A/W,黑体探测率为4.541010 cmHz1/2W,峰值探测率达到1.751011 cmHz1/2W。     

InAs/GaSb超晶格中波焦平面材料的分子束外延技术

报道了InAs/GaSb超晶格中波材料的分子束外廷生长技术研究.通过改变GaSb衬底上分子束外延InAs/GaSb超晶格材料的衬底温度,以及界面的优化等,改善超晶格材料的表面形貌和晶格失配,获得了晶格失配△a/a=1.5×10-4,原子级平整表面的InAs/GaSb超晶格材料,材料77 K截止波长为4.87 μm.     

InAs／GaSbⅡ型超晶格红外探测器的发展

InAs/GaSbⅡ型超晶格具有特殊的能带结构,做成的探测器工作波长可覆盖3～30 μm,文中阐明了Ⅱ型超晶格探测器的工作机理,并综述了目前国外利用InAs/GaSbⅡ型超晶格能带结构的特殊性广泛开展对其材料和器件研究的新进展.     

Optical Properties of Short-Period InAs/GaSb Superlattices Grown by MOCVD

Semiconductors - This paper reports the structural and photoluminescent study results of heterostructure with short-period InAs/GaSb superlattice grown by MOCVD with 8/10 ML period thickness. The...     

On the Possibility of Manufacturing Strained InAs/GaSb Superlattices by the MOCVD Method

Semiconductors - The first results showing the possibility of manufacturing InAs/GaSb superlattices by the metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD) method are presented. The possibility of...     

Carrier Lifetime Measurements in Long-Wave Infrared InAs/GaSb Superlattices Under Low Excitation Conditions

Minority carrier lifetime in long-wave infrared (LWIR) type?II InAs/GaSb superlattices was studied using the optical modulation response (OMR) technique in wide ranges of excitation and temperature. The measured carrier lifetime was found to increase superexponentially with decreasing excitation power density below the level of 1?mW/cm² to 2?mW/cm². The phenomenon was qualitatively explained by the presence of shallow trapping centers.     

四层结构模型下的InAs/GaSb超晶格材料能带计算

在包络函数近似下采用K.P理论计算了InAs/Ga(In) Sb Ⅱ类超晶格材料的能带结构.同时,计算了超晶格材料的电子有效质量和空穴有效质量,以及不同的结构对应的吸收系数.在此基础上使用了考虑包括界面在内的四层超晶格模型进行能带计算,并与实验结果进行比较,超晶格材料响应截止波长的结果更为接近实验值.不同的界面也会引起能带结构的变化,带来截止波长的变化.对于应变补偿的InAs/GaSb超晶格材料,非对称InSb界面相比对称界面有更大的截止波长.     

四层结构模型下的InAs/GaSb超晶格材料能带计算

在包络函数近似下采用K.P理论计算了InAs/Ga(In)Sb II类超晶格材料的能带结构.同时, 计算了超晶格材料的电子有效质量和空穴有效质量, 以及不同的结构对应的吸收系数.在此基础上使用了考虑包括界面在内的四层超晶格模型进行能带计算, 并与实验结果进行比较, 超晶格材料响应截止波长的结果更为接近实验值.不同的界面也会引起能带结构的变化, 带来截止波长的变化.对于应变补偿的InAs/GaSb超晶格材料, 非对称InSb界面相比对称界面有更大的截止波长.     

Investigation of negative differential resistance phenomena inGaSb/AlSb/InAs/GaSb/AlSb/InAs structures

The negative differential resistance (NDR) phenomena were observed in GaSb/AlSb/InAs/-GaSb/AlSb/InAs resonant interband tunnel structures. Electrons have resonantly achieved interband tunneling through the InAs/GaSb broken-gap quantum well. The InAs well width causes significant variations of the peak current density and NDR behaviors. The peak current density varies exponentially with the AlSb barrier thickness. The multiple NDR behavior was observed with appropriate InAs well and AlSb barrier thicknesses, e.g., 30 Å thick AlSb barrier and 240 Å wide InAs well. Only single negative resistance has, otherwise, been seen. The three-band model was used to interpret the effect of the InAs well and AlSb barrier on the current-voltage characteristics of GaSb/AlSb/InAs/GaSb/AlSb/InAs structures     

Modeling InAs/GaSb and InAs/InAsSb Superlattice Infrared Detectors

InAs/GaSb and InAs/InAsSb type II superlattices have been proposed as promising alternatives to HgCdTe for the photon-absorbing layer of an infrared detector. When combined with a barrier layer based on an InAs/AlSb superlattice or an AlSbAs alloy, respectively, they can be used to make diffusion-limited “barrier” detectors with very low dark currents. In this work we compare theoretical simulations with experimental bandgap and photoabsorption data for such superlattices, spanning from the mid to the long-wave infra-red (2.3–12 μm). The spectral response of detectors based on these materials is also simulated. The simulations are based on a version of the k · p model developed by one of the authors, which takes interface contributions and bandgap bowing into account. Our results provide a way of assessing the relative merits of InAs/GaSb and InAs/InAsSb superlattices as potential detector materials.