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。     

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.     

GaSb基的InAs/GaSbⅡ类超晶格背景载流子浓度的测量

高质量的InAs/GaSbⅡ类超晶格(SLs)材料生长在晶格匹配的GaSb衬底上,由于GaSb衬底具有良好的导电性,传统的霍尔测量难以直接得到外延超晶格材料的载流子浓度等电学参数,所以,如何准确地获得InAs/GaSb超晶格外延材料中的载流子浓度成为了研究人员关注的焦点之一。主要介绍了InAs/GaSbⅡ类超晶格背景载流子浓度测量的四种典型的方法:低温霍尔技术;变磁场霍尔技术以及迁移率谱拟合;衬底去除技术;电容-电压技术。并给出了各种方法的基本原理,评价了每种方法的优缺点。     

InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外探测器背面减薄技术研究

在长波红外波段,InAs/GaSb Ⅱ类超晶格材料具有比碲镉汞材料更优越的性能,因此得到了广泛研究。对InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外探测器芯片的背面减薄技术开展了一系列试验。针对<100>GaSb单晶片进行了单点金刚石机床精密加工、机械化学抛光和化学抛光方法研究,并去除了加工损伤。InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外器件的流片结果表明,长波探测器组件获得了较好的红外成像图片,提高了InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外探测器芯片的研制水平。     

Measurement of the background carrier concentration of type-Ⅱ InAs/GaSb superlattices based on GaSb

高质量的InAs/GaSbⅡ类超晶格(SLs)材料生长在晶格匹配的GaSb衬底上,由于GaSb衬底具有良好的导电性,传统的霍尔测量难以直接得到外延超晶格材料的载流子浓度等电学参数,所以,如何准确地获得InAs/GaSb超晶格外延材料中的载流子浓度成为了研究人员关注的焦点之一.主要介绍了InAs/GaSbⅡ类超晶格背景载流子浓度测量的四种典型的方法:低温霍尔技术;变磁场霍尔技术以及迁移率谱拟合;衬底去除技术;电容-电压技术.并给出了各种方法的基本原理,评价了每种方法的优缺点.     

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.     

用于红外探测的短周期InAs/GaSb超晶格材料的生长

用金属有机物化学气相淀积法(MOCVD)在GaSb衬底上生长InAs/GaSb超晶格,探索了最佳的生长厚度,优化了各种生长参数,并且分析了源流量控制的重要性.得到的超晶格材料的光致发光(PL)谱、X射线双晶衍射图以及表面形貌图表明,生长的超晶格材料可以响应10μm的长波,且具有良好的表面形貌和外延层质量.     

InAs/GaSb II型超晶格红外探测器的研究进展

InAs/GaSb Ⅱ型超晶格材料理论上性能优于HgCdTe、InSb等红外探测材料,基于成熟的Ⅲ-V族化合物材料与器件工艺,使得Ⅱ型超晶格材料容易满足均匀大面阵、双色或多色集成等红外探测器的要求,因而InAs/GaSb Ⅱ型超晶格材料将逐步替代HgCdTe、InSb等材料成为第三代红外探测器的首选材料。本文阐述了InAs/GaSb超晶格红外探测器的基本原理、以及材料生长和器件结构,并对其研究进展进行了综述性介绍。     

InAs/GaSb超晶格和M结构超晶格能带结构研究

本文通过k?p方法研究了传统InAs/GaSb超晶格和M结构超晶格的能带结构.首先,计算了不同周期厚度的InAs/GaSb超晶格的能带结构,得到用于长波超晶格探测器吸收层的周期结构.然后,计算了用于超晶格长波探测器结构的M结构超晶格的能带结构,并给出长波InAs/GaSb超晶格与M结构超晶格之间的带阶.最后,基于能带结...     

InAs/GaSb II类超晶格材料界面特性的表征分析

本文系统地介绍了国内外研究机构对超晶格界面进行研究时采用的测试分析手段。其中,通过拉曼光谱、高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）、扫描隧道显微镜（STM）、二次离子质谱（SIMS）、X射线光电子能谱（XPS）等测试方法可以对InAs/GaSb II类超晶格材料界面类型、界面粗糙度、陡峭性等特性进行测试分析,从而评估超晶格界面质量。光致发光谱（PL谱）、高分辨率X射线衍射（HRXRD）、霍尔测试、吸收光谱等测试方法则可以研究超晶格界面质量对超晶格材料能带、晶体质量、光学性质的影响。     

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。     

(111)方向的InAs/GaSb超晶格材料电子结构的杂化泛函计算

采用电子密度泛函理论方法计算了一系列（111）方向的InAs/GaSb超晶格的电子结构和能带结构。将杂化泛函的计算结果与普通密度泛函方法的计算结果进行了比较。Heyd-Scuseria-Ernzerhof (HSE)杂化与对固体修正的Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE)近似结合的杂化泛函显示了较传统PBE方法和若干其他杂化泛函更符合实验数据的结果。采用该方法研究了InAs/GaSb超晶格的带隙随超晶格周期厚度以及InAs/GaSb比例变化的规律。其结果与以往实验结果符合很好。这些结果表明HSE-PBEsol方法对于估计InAs/GaSb超晶格的电子性质适用。     

MBE生长InAs/GaSbⅡ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/GaSbⅡ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...     

分子束外延InAs/GaSb II类超晶格材料

InAs/GaSb II类超晶格由于具有独特的能带结构和良好的材料性能被认为是第三代红外探测器的首选,近年来被广泛研究,并取得快速发展。分子束外延能够精确控制材料界面与周期厚度,是超晶格材料生长的主流手段。利用分子束外延技术在GaSb衬底上分别生长了中波、长波超晶格材料,并对所生长的超晶格材料的性能进行了全面表征,最后用制备的面阵器件验证了该材料的性能。}     

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。     

Properties of InAs/(Ga,In)Sb strained layer superlattices grown on the {111} orientations

Following the proposal of the extreme type-II InAs/(Ga,In)Sb strained layer superlattice system by Mailhiot and Smith in 1987 for long wavelength infrared detection, a number of groups have experimentally investigated (100) oriented InAs/(Ga,In)Sb strained layer superlattices and demonstrated that these structures can possess energy gaps in the 8–12 μm range with absorption coefficients comparable to HgCdTe. However, a number of advantages are predicted if these structures are grown on the {111} orientations. In this paper, we present details of our investigation of the growth of InAs/GaSb heterostructures and InAs/(Ga,In)Sb strained layer superlattices on the (111)A and (111)B orientations by molecular beam epitaxy, compared to growth on the (100) orientation. Heterojunction growth and incorporation rates of Sb (As) into InAs (GaSb) on (111)A, (111)B, and (100) orientations have been assessed and implications for growth and optical properties of InAs/(Ga,In)SB strained layer superlattices are discussed. GaSb/InAs and InAs/GaSb interfaces on the (111)B orientation are investigated by x-ray photoelectron spectroscopy, and the structural quality of InAs/(Ga,In)Sb strained layer superlattices are investigated by x-ray diffraction.     

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.     

Interface and layer thickness dependence of the effective mass in InAs/GaSb superlattices studied by high field cyclotron resonance

The effective mass has been studied in a series of semiconducting and semimetallic InAs/GaSb superlattices as a function of superlattice period and band gap. The mass is found to be determined almost entirely by the superlattice period, and is relatively insensitive to both the ratio of the InAs to GaSb thickness, and the structure of the interface layer, which was grown as both a monolayer of InSb and GaAs. Using pulsed magnetic fields of up to 180 T it was possible to observe spin-split cyclotron resonance at room temperature for all samples studied. On cooling the spin-splitting was found to be temperature dependent. This is attributed to the importance of electron-electron interactions which couple the two spin transitions as observed recently in high purity GaAs/GaAlAs heterojunctions at low temperatures.     

Ⅱ类超晶格红外探测器多层膜背增透研究

Ⅱ类超晶格材料相对较小的吸收系数限制了超晶格焦平面探测器的探测性能,通过在焦平面背面镀制增透膜,可有效提升器件的量子效率。研究采用仿真计算,设计了GaSb基InAs/GaSb超晶格探测器的多层背增透膜结构,并在GaSb衬底和超晶格焦平面探测器上进行了制备,实验结果验证了该薄膜具有提升探测器响应性能的作用。