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%。

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320×256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 kΩ·cm2, 短波达到538 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。双色峰值探测率达到中波3.7×1011 cm·Hz1/2W-1以上, 短波2.2×1011 cm·Hz1/2W-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%。

采用分子束外延生长方法在InSb(100)衬底上生长p+-p+-n-n+势垒型结构的In1-xAlxSb外延层。运用X射线衍射对材料的晶体质量及Al组分进行测试和表征, InAlSb外延层的半峰宽为0.05°, 表明外延材料的单晶性能良好, 并通过布拉格方程和维戈定律计算出Al组分为2.5%。然后将外延材料制备成多元红外探测并测得77~210 K下的光谱响应曲线, 实验发现探测器的截止波长从77 K时的4.48 ?滋m增加至210 K时的4.95 ?滋m。通过数据拟合得出In0.975Al0.025Sb禁带宽度的Varshni关系式以及其参数Eg(0)、α和 β的值分别为0.238 6 eV, 2.87×10-4 eV/K, 166.9 K。经I-V测试发现, 在110 K, -0.1 V偏压下, 器件的暗电流密度低至1.09×10-5 A/cm-2, 阻抗为1.40×104 ?赘cm2, 相当于77 K下InSb探测器的性能。同时分析了温度对器件不同类型的暗电流的影响程度, 并得到器件的扩散电流与产生-复合电流的转变温度约为120 K。

在InSb衬底上利用分子束外延生长了p-i-n结构的InAlSb/InSb材料, 通过在吸收层和接触层之间生长宽禁带的InAlSb势垒层, 验证了势垒层对耗尽层中暗电流的抑制作用。分别基于外延生长的InAlSb材料和InSb体材料, 借助标准工艺制备出二极管, 并对其电性能进行测量分析, 研究发现: 77 K温度时, 在-0.1 V的外偏电压下, p+-p+-n--n+结构和p+-n--n+结构InAlSb器件的反偏电流分别为3.4×10-6 A·cm-2和7.8×10-6 A·cm-2。基于p+-p+-n--n+结构研制的InAlSb二极管的暗电流保持在一个很低的水平, 这为提高红外探测器的工作温度提供了重要基础。

采用分子束外延方法在GaAs和GaSb衬底上生长了一系列InAsSb薄膜,研究了Sb组分与Sb4束流间关系.实验发现,在分子束外延生长中,相比As原子, Sb原子更易并入晶格中.利用该特性可较好实现InAsSb材料的组分控制.

提高GaMnAs材料中Mn的含量可以提高其居里温度, 但随之而来也会引入很多缺陷。为了研究高含量Mn引入的缺陷对稀磁半导体材料的影响, 本文对低温分子束外延技术（LT-MBE）生长的GaMnAs外延层进行了光电导以及红外等光谱的分析。通过对样品的光谱分析, 发现样品中存在大量的As反位缺陷（AsGa）、Mn的间隙位缺陷（MnI）、以及在生长和退火过程中产生的Mn以及MnAs团簇等缺陷, 这些缺陷都会影响外延层的光谱特性, 同时也会影响器件的电学性能。