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/GaSb二类超晶格中/短波双色红外焦平面探测器

InAs/GaSb超晶格材料已经成为了第三代红外焦平面探测器的优选材料。开展了InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色焦平面探测器器件结构设计、材料外延、芯片制备,对钝化方法进行了研究,制备出性能优良的320256双色焦平面探测器。首先以双色叠层背靠背二极管电压选择结构作为基本结构,设计了中/短波双色芯片结构,然后采用分子束外延技术生长出结构完整、表面平整、低缺陷密度的PNP结构超晶格材料。采用硫化与SiO2复合钝化方法,最终制备的器件在77 K下中波二极管的RA值达到13.6 kcm2,短波达到538 kcm2。光谱响应特性表明短波响应波段为1.7~3 m,中波为3~5 m。双色峰值探测率达到中波3.71011 cmHz1/2W-1以上,短波2.21011 cmHz1/2W-1以上。响应非均匀性中波为9.9%,短波为9.7%。中波有效像元率为98.46%,短波为98.06%。     

GaAs基短周期InAs/GaSb超晶格红外探测器研究

采用分子束外延(MBE)方法,在(001)GaAs衬底上生长了短周期Ⅱ型超晶格(SLs):InAs/GaSb (2ML/8ML)和InAs/GaSb (8ML/8ML).从X射线衍射(HRXRD)中计算出超晶格周期分别为31.2和57.3.室温红外透射光谱表明两种超晶格结构在短波2.1μm和中波5μm处有明显吸收.通过腐蚀、光刻和欧姆接触,制备了短波和中波的单元光导探测器.在室温和低温下进行光谱响应测试和黑体测试,77K下,50%截止波长分别为2.1μm和5.0μm,黑体探测率D·bb均超过2×108cmHz1/2/W.室温下短波探测器D·bb超过108cmHz1/2/W.     

128×128元InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外焦平面探测器

报道了128×128元InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外焦平面阵列探测器的研究成果.实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料.红外吸收区结构为13 ML(InAs)/9 ML(GaSb),器件采用PIN结构,焦平面阵列光敏元大小为40 μm×40μm.通过台面形成、侧边钝化和金属电极生长,以及与读出电路互连等工艺,得到了128×128面阵长波焦平面探测器.在77 K时测试,器件的100％截止波长为8μm,峰值探测率6.0×109 cmHz1/2 W-1.经红外焦平面成像测试,探测器可得到较为清晰的成像.     

128x128元InAs/GaSb II类超晶格红外焦平面探测器

报道了128×128元InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外焦平面阵列探测器的研究成果.实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料.红外吸收区结构为13 ML(InAs)/9 ML(GaSb),器件采用PIN结构,焦平面阵列光敏元大小为40μm×40μm.通过台面形成、侧边钝化和金属电极生长,以及与读出电路互连等工艺,得到了128×128面阵长波焦平面探测器.在77 K时测试,器件的100%截止波长为8μm,峰值探测率6.0×109cmHz1/2W-1.经红外焦平面成像测试,探测器可得到较为清晰的成像.     

长波InAs/GaSb II类超晶格红外探测器

报道了50％截止波长为12.5μm的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外探测器材料及单元器件.实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料.吸收区结构为15ML(InAs)/7ML(GaSb),器件采用PBIN的多层异质结构以抑制长波器件暗电流.在77K温度下测试了单元器件的电流-电压(I-v)特性,响应光谱和黑体响应.在该温度下,光敏元大小为100μm×100μm的单元探测器RmaxA为2.5Ωcm2,器件的电流响应率为1.29A/W,黑体响应率为2.1×109cmHz12/W,11μm处量子效率为14.3％.采用四种暗电流机制对器件反向偏压下的暗电流密度曲线进行了拟合分析,结果表明起主导作用的暗电流机制为产生复合电流.     

分子束外延InAs/GaSbⅡ类超晶格的缺陷研究

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格被认为制备第三代高性能红外探测器的优选材料。本文对GaSb衬底上分子束外延生长的Ⅱ类超晶格材料缺陷进行了研究,首先对材料表面缺陷分类,然后分析了各类缺陷的起源,并研究了生长温度、GaSb生长速率、As/In束流比等对超晶格表面缺陷的影响,对制备高性能大面阵探测器的Ⅱ类超晶格材料生长具有参考价值。     

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.     

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。     

2～5μm InAs/GaSb超晶格红外探测器

采用分子束外延方法在GaSb和GaAs衬底上生长了不同周期厚度的InAs/GaSb高质量Ⅱ型能带结构超晶格红外探测器,其探测波长覆盖2～5 μm红外波段.采用高分辨透射电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射测试、室温与低温光电流响应谱及室温与低温光荧光谱等多种测试手段检验了分子束外延生长在不同衬底上的超晶格材料质量与光学...     

正照射延伸波长In0.8Ga0.2As红外焦平面探测器

为了研究延伸波长In0.8Ga0.2As PIN短波红外探测器的温度响应光电特性,采用闭管扩散的平面型器件工艺,在金属有机化学气相外延（MOCVD）外延生长的NIN型InAs0.6P0.4/In0.8Ga0.2As/InAs0.6P0.4 buf./InP材料上制备了正照射延伸波长2561线列InGaAs红外焦平面探测器,研究了探测器在不同温度下的I-V特性、光谱响应特性和探测率。结果表明,随着温度的降低,在小偏压下,器件的正向暗电流由产生复合电流为主逐渐变为以扩散电流为主。在260~300 K温度范围内,反向电流主要由扩散电流和产生复合电流组成,当温度低于180 K时,器件的反向电流主要为隧穿电流。室温下器件响应截止波长和峰值波长分别为2.57 m和2.09 m,峰值探测率为7.25108 cmHz1/2/W,峰值响应率为0.95 A/W,量子效率为56.9%。焦平面的峰值探测率在153 K达到峰值,约为1.111011 cmHz1/2/W,响应非均匀性为5.28%。     

InAs/GaSb超晶格长波红外探测器暗电流特性分析

利用二极管电流解析模型分析了InAs/GaSb超晶格长波红外探测器暗电流的主导机制。首先,通过变面积二极管I-V测试证实77 K下采用阳极硫化加SiO₂复合钝化的InAs/GaSb超晶格长波红探测器的暗电流主要来自于体电流,而非侧壁漏电流;然后,利用扩散电流、产生复合电流、直接隧穿电流和陷阱辅助隧穿电流模型对InAs/GaSb超晶格长波红外探测器的暗电流进行拟合分析。结果表明:在小的反向偏压下(≤60 mV),器件暗电流主要由产生复合电流主导,而在高偏压下(>60 mV）,器件暗电流则主要由缺陷陷阱辅助隧穿电流主导。并分析了吸收层掺杂浓度对这两种电流的影响,证实5×1015~1×1016 cm?3是优化的掺杂浓度。     

MBE生长InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料的界面控制方法分析

本文系统地介绍了MBE外延生长InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料的界面控制方法,主要包括生长中断法、表面迁移增强法、Ⅴ族元素浸润法和体材料生长法。短波（中波）InAs/GaSb超晶格材料界面采用混合（mixed-like）界面,控制方法以生长中断法为主;长波（甚长波）超晶格材料界面采用InSb-like界面,控制方法采用表面迁移增强法（migration-enhanced epitaxy, MEE）或Sb soak法及体材料生长相结合。讨论分析了InAs/GaSb超晶格材料界面类型选择的依据,简述了界面控制具体实施理论,以及相关研究机构对于不同红外探测波段的超晶格材料界面类型及控制方法的选择。通过界面结构外延生长工艺设计即在界面控制方法的基础上进行快门顺序实验设计,有效地提高界面层的应力补偿效果,这对于长波、甚长波及双色（甚至多色）超晶格材料的晶体质量优化和器件性能提升具有重要意义。     

320×256 InAs/GaSb超晶格中/短波双色探测器组件研制

InAs/GaSb超晶格材料制备的新型红外器件在最近十几年得到了迅速发展。文中开展了InAs/GaSb二类超晶格中/短波双色焦平面探测器组件研制,设计了中/短波双色叠层背靠背二极管芯片结构,用分子束外延技术生长出结构完整、表面平整、低缺陷密度的PNP结构超晶格材料,制备出性能优良的320×256双色焦平面探测器组件,对探测器组件进行了测试分析。结果显示,在77 K下中波二极管RA值达到26.0 kΩ·cm2,短波的RA值为562 kΩ·cm2。光谱响应特性表明短波响应波段为1.7~3 μm,中波为3~5 μm,满足设计要求。双色峰值探测率达到中波3.12×1011 cm·Hz1/2W-1,短波1.34×1011 cm·Hz1/2W-1。响应非均匀性中波为9.9%,短波为9.7%。中波有效像元率为98.46%,短波为98.06%。     

基于石墨烯/铟砷量子点/砷化镓异质结新型光电探测器

研究了一种石墨烯/铟砷量子点/砷化镓界面形成的异质结探测器的暗电流特性以及光电响应性质.虽然石墨烯具有很高的电子迁移率,但受限于较低的光子吸收率,使其在光电探测领域的应用受到了限制.而半导体量子点具有量子效率高,光吸收能力强等独特优点.于是利用石墨烯-砷化铟量子点-砷化镓异质结结构制备了一种新型光电探测器.并对该探测器的响应率、I-V特性曲线、暗电流特性、探测率、开关比等关键性能进行了研究.其在637 nm入射光情况下的响应率、探测率以及开关比可分别达到为17. 0 m A/W、2. 3×10~(10)cm Hz~(1/2)W~(-1)和1×10~3.而当入射光为近红外波段的940纳米时,响应率进一步增加到了207 m A/W.同时,还证实了该器件的暗电流、肖特基势垒高度和理想因子对温度的都具有较高的依赖性都较强.     

InAs/GaSb应变超晶格红外调制光谱研究

在用步进扫描傅里叶变换红外(Fourier Transform Infrared, FTIR)调制光致发光(Photoluminescence, PL)光谱仪进行测试时,基于FTIR的优势,并结合PL无损、灵敏度高、简单的优点,通过减弱背景干扰来提高信号强度。研究了背景噪声、杂质能级和温度对InAs/GaSb应变超晶格材料的发射峰强度及位置的影响,并通过改变测试参数,总结出了针对不同材料的测试方法。这项研究结果对InAs/GaSb应变超晶格材料的外延生长及后续加工具有参考价值。     

基于N-on-P结构的背照射延伸波长640×1线列InGaAs探测器

在N-on-P型In0.78Al0.22As/In0.78Ga0.22As外延材料上,采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术制备了背照射640×1线列InGaAs探测器芯片,研究了探测器光电性能.结果表明,室温下单元器件响应截止波长和峰值波长分别为2.36μm和1.92μm,平均优值因子(R0A)为16.0Ω.cm2,峰值量子效率达到了37.5%;在1 ms积分时间下焦平面探测器平均峰值探测率达到了2.01×1011 cmHz1/2/W,响应非均匀性为8.77%,盲元率约为0.6%.     

InAs/GaSb infrared photovoltaic detector at 77 K

The characterisation of an 8 μm infrared photovoltaic detector based on InAs/GaSb superlattices is carried out at 77 K for the first time. The built-in field is established by the Fermi level difference between the superlattice surface and the InAs buffer layer. The photocurrent is from photoexcited carriers traversing through the superlattice conduction miniband. A current responsivity of 0.07 A/W has been obtained, implying that one out of 10 photoexcited electrons has been collected