近几年，二类超晶格红外探测器在材料生长、器件结构设计、器件制备上经历了快速的发展，使得二类超晶格成为除碲镉汞外最受关注的红外探测器材料。本文简要介绍了二类超晶格的优势，总结了国际上二类超晶格红外探测器研究进展，回顾了二类超晶格红外探测器的技术发展历程，并分析了国内二类超晶格材料与器件中存在的技术问题。

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, 基于能带结构, 计算出长波超晶格与 M结构超晶格的态密度, 进而得出的载流子浓度(掺杂浓度)与费米能级的关系。这些材料参数可以为超晶格探测器结构设计提供基础。

本文系统地介绍. 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. 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。

III-V族半导体在第三代红外探测器中扮演了重要的角色，近年来越来越受到人们的瞩目，特别是 InAs/GaSb二类超晶格已经成为除碲镉汞外最受关注的红外探测器材料。本文简要回顾了以色列 SCD公司在 III-V族红外探测器的研究历程。重点总结了 SCD关于 InAsSb nBn中波高温探测器和 InAs/GaSb二类超晶格 pBp长波探测器中的研发。

搭建了红外波段的傅里叶变换光致发光谱测试系统，结合FTIR 光谱仪的步进扫描功能，在室温条件下对短波和中波碲镉汞材料进行了光致发光测试。测试结果表明，相对于常规的连续谱扫描，步进扫描的方式成功地抑制了背景辐射的影响，同时还显著提高了PL 谱信号的信噪比，在室温下获得了光滑的PL 谱曲线。

介绍了大面阵偏振长波量子阱红外焦平面探测器组件的研制进展。在640×512规模20 μm中心距面阵上, 偏振焦平面采用了2×2子单元设计, 子单元中每个像元分别刻蚀0°、 90°、 45° 以及135°方向的一维线性光栅, 来获得入射光不同偏振角度的信息。突破了长波量子阱材料外延和器件制备等关键技术, 制备出面阵探测器芯片, 实现了偏振长波红外探测的单片集成, 配上杜瓦和制冷机, 研制出噪声等效温差优于30 mK的长波偏振640×512量子阱探测器组件。

报道了中/长波切换工作模式的双色量子阱红外焦平面研制。通过特殊设计的器件和读出电路结构，获得了可对中波波段和长波波段选择的切换架构。突破了双色量子阱材料、器件以及读出电路等关键技术，研制出384×288规模、25 μm中心距双色量子阱红外焦平面探测器。在70 K条件下器件性能优良，噪声等效温差为28 mK(中波)和30 mK(长波)，响应峰值波长分别为5.1 μm(中波)和8.5 μm(长波)。室温目标红外成像演示了探测器的双色探测功能。

报道了基于Ge衬底分子束外延碲镉汞原位As掺杂材料的研究结果,进行了As掺杂碲镉汞薄膜生长的温度控制研究;分析了As束流对材料晶体质量的影响,结合 SIMS测试技术得到了 As杂质掺杂浓度与束源炉加热温度的关系;并利用傅里叶红外光谱仪、 X射线双晶衍射、EPD检测等手段对晶体质量进行了分析表征,结果显示利用 MBE方法可以生长出晶体质量良好、缺陷密度低的碲镉汞薄膜;进一步研究了 As杂质的激活退火工艺及不同退火条件对材料电学参数的影响.

针对红外探测应用开展了长波 GaAs/AlGaAs量子阱材料技术研究。系统地介绍了量子阱红外探测器材料的材料设计、生长和表征。基于一维薛定谔方程的求解获得量子阱材料的能带结构，进行量子阱材料的设计。采用分子束外延技术进行量子阱材料的生长研究。对量子阱材料的室温光荧光谱和高分辨率 X射线衍射测试结果表现出材料高度晶格完整性以及平整界面。基于布鲁斯特角配置的傅立叶红外光谱测试获得了量子阱材料子带间跃迁吸收产生的红外吸收谱。采用该材料制备出高性能的量子阱红外焦平面探测器。