InAsGaSb超晶格微结构与光电特性研究.doc

InAs/GaSb 超晶格微结构与光电特性讨论InAs/GaSbⅡ 类超晶格被认为是颇具应用价值的第三代红外探测材料。与HgCdTe 体材料相比,InAs/GaSbⅡ 类超晶格具有带隙灵活可调、电子有效质量大、材料均匀性好等优势。理论上讲,InAs/GaSbⅡ 类超晶格红外探测器能够在保持较高量子效率的同时,实现较高的工作温度。在过去二十年间,对 InAs/GaSbⅡ 类超晶格红外探测器的讨论已经取得了相当程度的进展。最近的讨论表明,InAs/GaSbⅡ 类超晶格的基本性能已经达到自适应焦平面阵列的实际需求。但是,InAs/GaSbⅡ 类超晶格红外探测器热噪声限制比探测率的实测值仍然不如目前 HgCdTe 红外探测器,尚未达到其理论值。这是由多方面原因造成的,诸如少子寿命短、背景载流子浓度高和器件暗电流大等。基于 InAs/GaSbⅡ 类超晶格红外探测器国内外进展现状和存在的主要问题,本文利用分子束外延(MBE)技术,并结合超晶格界面控制,系统地讨论了InAs/GaSb 超晶格材料中应变平衡控制、界面原子互混和点缺陷分布等问题。制备了截止波长 17μm 的 p-i-n 型超长波 InAs/GaSb 超晶格红外探测器,并对其光电性能进行了分析。主要讨论内容如下:采纳表面迁移率增强法生长双In Sb 界面的 InAs/GaSb 超晶格样品,实现了超晶格应变控制。获得在超晶格应变近于平衡时,In Sb 与 InAs 层厚度经验关系式为 t In Sb=0.07t InAs-0.21(ML)。利用透射电镜对 InAs/GaSb 超晶格材料的界面结构进行深化讨论。结果显示,在 InAs/GaSb 超晶格样品中,Ga Sb-on-InAs 界面比 InAs-on-Ga Sb 界面更规则,更平直陡峭。其原因是在 InAs-on-Ga Sb 生长过程中易发生As/Sb 置换反应而导致界面宽化和无序。利用正电子湮灭多普勒展宽技术讨论了 InAs/GaSbⅡ 类超晶格材料的空位点缺陷分布。讨论发现,InAs/GaSbⅡ 类超晶格的空位点缺陷主要来自于 Ga Sb层,超晶格中的主要空位缺陷类型和 Ga Sb 衬底相同,皆为 VGa。采纳一种结合 HRTEM 和 DF-TEM 技术的方法确定 InAs/GaSb 超晶格材料的组分分布。通过 S 函数和 Muraki 偏析模型拟合所得到的超晶格原子分布,对超晶格的超晶格界面原子互混(intermixing)和偏析(segregation)进行了定量分析。讨论发现,在所生长的 InAs/GaSb 超晶格中,其界面原子的互混以 As/Sb 在InAs-on-Ga Sb 界面处的置换反应为主,而偏析则以 Sb 原子在 InAs-on-Ga Sb 界面偏析为主。当在 InAs-on-Ga Sb 界面采纳“类 In Sb ...