In this paper, we demonstrate nBn InAs/InAsSb type II superlattice (T2SL) photodetectors with AlAsSb as the barrier that targets mid-wavelength infrared (MWIR) detection. To improve operating temperature and suppress dark current, a specific Sb soaking technique was employed to improve the interface abruptness of the superlattice with device passivation using a SiO2 layer. These result in ultralow dark current density of 6.28×10-6A/cm2 and 0.31A/cm2 under -600mV at 97 K and 297 K, respectively, which is lower than most reported InAs/InAsSb-based MWIR photodetectors. Corresponding resistance area product values of 3.20×104Ω·cm2 and 1.32Ω·cm2 were obtained at 97 K and 297 K. A peak responsivity of 0.39 A/W with a cutoff wavelength around 5.5 µm and a peak detectivity of 2.1×109cm·Hz1/2/W were obtained at a high operating temperature up to 237 K.

本文利用分子束外延（MBE）技术成功生长了GaAs/AlGaAs 非均匀量子阱红外探测器材料，并对相关微结构作了细致表征。分析比较了非均匀量子阱结构和常规量子阱红外探测器性能差异，并对比研究了不同势阱宽度下非均匀量子阱红外探测器的性能变化。通过高分辨透射电子显微镜（HRTEM）结合能谱仪（EDS）对非均匀量子阱红外探测器材料微结构进行了分析，并利用二次离子质谱仪（SIMS）对非均匀势阱掺杂进行了表征。结果表明，该量子阱外延材料晶体质量很好，量子阱结构和掺杂浓度也与设计值符合较好。成功制备了单元量子阱红外探测器，研究结果表明：对于非均匀量子阱红外探测器，通过改变每个阱的掺杂浓度和势垒宽度，可以改变量子阱电场分布。与传统的均匀量子阱红外探测器相比，其暗电流显著下降（约一个数量级）。在不同阱宽下，非均匀量子阱的跃迁模式发生改变，束缚态到准束缚态跃迁模式下（B-QB）的器件具有较高的黑体响应率以及较低的暗电流。

带间级联红外探测器可以利用多级吸收区级联的方式实现高的工作温度，但不同的吸收区厚度设计方式会使得器件在不同级数吸收区中出现光生载流子的不匹配现象，从而对器件量子效率造成影响。为更好地理解带间级联探测器的级数和吸收区厚度对量子效率的影响，对基于InAs/GaSb II类超晶格的带间级联探测器进行了变温测试，并基于多级光电流的“平均效应”建立了工作在反向偏置电压的量子效率计算模型，通过与实际测试的量子效率对比，发现在低温条件下实验数据和计算结果拟合一致性较好，验证了多级带间级联探测器中基于内增益机制的光电流平均效应。但在高温条件下，实际的光电流低于“平均效应”的理论计算结果，这可能是由于高温下少数载流子寿命变短，在吸收区和弛豫区界面处存在光生载流子的复合机制。

We report on a long wavelength interband cascade photodetector with type II InAs/GaSb superlattice absorber. The device is a three-stage interband cascade structure. At 77 K, the 50% cutoff wavelength of the detector is 8.48 μm and the peak photoresponse wavelength is 7.78 μm. The peak responsivity is 0.93 A/W and the detectivity D* is 1.12 × 10¹¹ cm·Hz^0.5/W for 7.78 μm at –0.20 V. The detector can operate up to about 260 K. At 260 K, the 50% cutoff wavelength is 11.52 μm, the peak responsivity is 0.78 A/W and the D* is 5.02 × 10⁸ cm·Hz^0.5/W for the peak wavelength of 10.39 μm at –2.75 V. The dark current of the device is dominated by the diffusion current under both a small bias voltage of –0.2 V and a large one of –2.75 V for the temperature range of 120 to 260 K.We report on a long wavelength interband cascade photodetector with type II InAs/GaSb superlattice absorber. The device is a three-stage interband cascade structure. At 77 K, the 50% cutoff wavelength of the detector is 8.48 μm and the peak photoresponse wavelength is 7.78 μm. The peak responsivity is 0.93 A/W and the detectivity D* is 1.12 × 10¹¹ cm·Hz^0.5/W for 7.78 μm at –0.20 V. The detector can operate up to about 260 K. At 260 K, the 50% cutoff wavelength is 11.52 μm, the peak responsivity is 0.78 A/W and the D* is 5.02 × 10⁸ cm·Hz^0.5/W for the peak wavelength of 10.39 μm at –2.75 V. The dark current of the device is dominated by the diffusion current under both a small bias voltage of –0.2 V and a large one of –2.75 V for the temperature range of 120 to 260 K.

中红外探测技术作为一种重要的被动探测手段，在各个领域都有着非常重要的作用。其中，以InAs/InAsSb超晶格材料为基础的无Ga型Sb化物II类超晶格探测器，由于去除了Ga原子的缺陷，具有更高的少子寿命，有利于提高探测器性能。此外，使用光子晶体结构，进行表面光学性能调控，可以提高器件的响应度，从而降低材料吸收区厚度，降低器件暗电流。暗电流的降低和响应度的提升，进一步优化了探测器的性能，进而提高器件工作温度，进一步降低探测系统的体积、重量和功耗。研究表明：使用光子晶体结构可以在不改变外延材料结构的前提下，提高器件量子效率，实现响应光谱的展宽，在实际应用中具有重要的意义。文中综述和讨论了InAs/InAsSb超晶格探测器和光子晶体结构探测器材料生长、结构设计的主要技术问题，详细介绍了两种提高中红外探测器性能的方案及国内外的研究进展。

近红外光电探测器在夜视监控、生物医学、环境监测等诸多领域有广泛应用。由于二维石墨烯材料具有独特性质（零带隙结构、高载流子迁移率、功函数可调）使其在红外探测领域具有巨大潜质。为了充分利用石墨烯的优势，并克服其吸收率低、暗电流噪声大的不足，研究者利用局域场调控设计混合结构以提高红外探测器性能。文中总结了局域场增强石墨烯近红外光电探测器的研究成果，介绍了单吸收层局域场增强器件并分析基于不同类型感光材料器件的优缺点，进一步介绍了双吸收层局域场增强器件，对笔者所做的双吸收层器件中电流极性等相关研究进行了简述。最后对局域场增强探测器相关功能拓展领域研究进行了简介，对该类器件的发展趋势进行了简要的总结和展望。

测量了金属腔量子阱红外探测器在斜入射条件下的光电流谱，斜入射条件分为入射面垂直于器件长轴和平行于器件长轴两种情形。从实验和理论上研究了金属腔共振模对入射角度的依赖性。实验结果表明：入射面垂直于器件长轴时，腔模共振波长不随入射角度变化；入射面平行于器件长轴时，腔模共振波长随入射角度变大而向短波移动。测试结果和推导出的共振波长与入射角度的关系式所计算的结果符合的很好。同时也对比、分析了Fabry-Pérot滤光器和等离激元滤光器的透射峰值波长与入射角度的关系，结果表明金属腔量子阱红外探测器具有相对较好的角度稳健性，并且利用三维金属腔的限制作用有望开发出响应波长对入射角度完全不敏感的量子阱红外探测器。