新型三色InAs/GaSb超晶格红外探测器研究

Infrared detectors with multicolor detection capabilities can be utilized for a variety of applications such as satellite reconnaissance，missile detection and tracking, medical diagnostics, and astronomy.In the item,based on .typeⅡInAs/GaSb superlattices,we shall adopt the pMp-p-π-M-n design to fabricate a new three color (short-wave/mid-wave/long-wave) InAs/GaSb superlattice infrared dector for the first time.The device structural parameters of the three color InAs/GaSb superlattice infrared dector will be determined via the theoretical calculation and analysis.We shall also explore the formation mechanism and the suppression method of the defects of the multilayer heterostructure films and optimized the growth process of the InAs/GaSb superlattice films for the the multilayer heterostructure films with low defect densities.Furthermore,we shall establish the relation between the material microstructure and the device performance parameters. The validation and optimization of the devices with the InAs/GaSb superlattice films will also be performed to achieve a three color InAs/GaSb superlattice infrared detector with a high detectivity.

具有多色探测能力的红外探测器在卫星侦查、导弹探测与跟踪、医疗诊断及天文等方面有着重要的应用。本项目将基于InAs/GaSbⅡ类超晶格，首次提出采用pMp-p-π-M-n器件结构研制一种新型的三色(短波/中波/长波)InAs/GaSb超晶格红外探测器。通过理论计算与分析，确定三色InAs/GaSb超晶格红外探测器器件结构参数；探索多层异质薄膜缺陷的形成机制及其抑制方法，优化InAs/GaSb超晶格薄膜生长工艺，获得低缺陷密度的多层异质超晶格薄膜；建立材料微观结构与器件性能参数之间的关联性，开展InAs/GaSb超晶格薄膜的器件验证与优化，制作出具有高探测率的三色InAs/GaSb超晶格红外探测器。

具有多色探测能力的红外探测器在卫星侦查、导弹探测与跟踪、医疗诊断及天文等方面有着重要的应用。本项目基于InAs/GaSbⅡ类超晶格，系统研究了中波、长波、甚长波超晶格薄膜高质量可控生长，探索多层异质薄膜缺陷的形成机制及其抑制方法，并进行了器件制作工艺及器件性能优化，建立材料微观结构与器件性能参数之间的关联性；在此基础上，经过器件结构设计、多层异质超晶格薄膜可控生长、及器件工艺优化、制作出具有高探测率的三色InAs/GaSb 超晶格红外探测器。重要研究结果如下：. (1) 采用双InSb界面生长制备长波InAs/GaSb超晶格材料，得出应变平衡时所需InSb厚度与InAs之间的经验公式： ，提高了材料晶体质量；优化截止波长为14μm的长波超晶格器件，使其阻抗值接近100Ωcm2，有利于焦平面读出电路的匹配；对I区进行有意掺杂，使得I区膜厚为2μm时，量子效率达到35%，接近了理论值；长波超晶格红外探测器探测率达到1.9×1011cmHz1/2W-1，与世界最先进水平相当。. (2) 提出了在GaSb中插入InSb层的方法生长甚长波InAs/GaSb超晶格材料，能够有效地对截止波长从14μm到18μm间进行调节。该方法的提出，使得对于生长波长更长的超晶格，不需要增大InAs层的厚度，减小生长过程中的As背景，就能够更加好的对生长进行控制。通过在I区进行本征掺杂以及渐变掺杂，使得I区厚度为3μm的器件的量子效率达到66%，其峰值波长15μm处的探测率高达3×1011cmHz1/2W-1，这是目前国际上所报导的甚长波红外探测器中性能最好结果。. (3) 通过偏压调制，首次制备出中-长-甚长波三色InAs/GaSb超晶格红外探测器，截止波长分别为4.7μm、12.1μm和17.5μm。在77K下，中波通道在3.33μm处反偏压下探测率达4×1011cmHz1/2/W，长波通道在5.35μm处正偏压下探测率1.5×1010cmHz1/2/W，甚长波通道在10.55μm处反偏压下探测率达9×109cmHz1/2/W。.