用熔体外延法生长的截止波长10μm以上的InAsSb单晶

用熔体外延法,在液相外延系统中,在InAs衬底上成功地生长出了截止波长为11μm的InAsSb单晶.虽然使用液相外延设备,但熔体外延具有不同于液相外延等常规晶体生长方法的创新生长工艺.红外傅里叶光谱测量证明InAsSb材料的截止波长超过10μm.X射线衍射光谱揭示InAsSb外延层具有相当完美的晶体取向结构,且与InAs衬底取向一致,均为(100)方向.霍尔测量结果给出295K下,InAsSb的电子迁移率为4.75×104cm2/Vs,截流子浓度为3.61×1016cm-3;77K下电子迁移率为2.86×104cm2/Vs,载流子浓度为1.50×1016cm-3.数据显示这种材料具有研制新型探测器的良好前景.     

光导型InAsSb红外探测器的研制

针对室温（293 K）条件下使用要求,采用InAsSb单晶材料加浸没透镜制作成2～9μm波段高灵敏度光导型InAsSb红外探测器。实测光谱响应值出现在1.656 5～8.989μm。在光谱响应波段范围内,最大响应度值为对比组C2、C3组。初步实现了室温（293 K）使用要求,响应光谱2～9μm波段光导型InAsSb红外探测器设计目的。     

亚微米硅外延生长特性研究

本文利用附面层模型，研究了亚性米Ｓｉ外延生长中，生长速率随时间的变化规律，分析不同不的硅源及不同的生长条件对其的影响。     

InAsSb材料的LP-MOCVD生长

采用低压金属有机物化学气相沉积(LP-MOCVD)设备,在(100)面GaSb单晶衬底上生长了高质量的InAsSb材料.分析了InAs/GaSb超晶格红外材料在不同生长条件下的生长质量,对器件材料结构进行了表征,并进行了理论分析和优化生长.采用X射线双晶衍射原子力显微镜对其外延薄膜的单晶质量进行分析,得到外延层与衬底材料的晶格失配仅为-0.43％.通过调节过渡层材料来减小界面处的应变,提高材料的生长质量,利用光致发光谱对材料做了检测分析.给出了InAsSb材料的LP-MOCVD生长的参数分析和测量分析,为以后生长和分析InAsSb材料提供了很好的基础.     

InAs/InAsSb超晶格红外中/中波双色焦平面探测器研制

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。双波段红外探测器能够通过对比两个波段内的光谱信息差异,对复杂的背景进行抑制,提高探测效果,在需求中尤为重要。本文开展了InAs/InAsSb超晶格中/中双色焦平面探测器设计及制备技术研究,从器件设计、材料外延、芯片加工等方面展开研究,制备了中心距30 μm的320×256 InAs/InAsSb二类超晶格中/中波双色焦平面探测器。器件短中波峰值探测率达到7.2×10¹¹ cm·Hz^1/2W^-1,中波峰值探测率为6.7×10¹¹ cm·Hz^1/2W^-1,短中波有效像元率为99.51%,中波为99.13%,获得了高质量的成像效果,实现中中双色探测。     

室温InAsSb长波红外探测器的研制

用熔体外延法(ME)生长出厚度达到100μm的InAsSb外延层,截止波长进入8～12μm波段。测量结果表明,InAsSb材料具有良好的单晶取向和结晶质量,位错密度达到104cm-2量级。室温下,霍尔测量得到的载流子浓度为1～3×1016cm-3,电子迁移率大于5×104cm2/Vs。用此材料制得了2～9μm波段的高灵敏度In-AsSb室温红外探测器。该探测器为浸没型光导元件,安装了镀有SiO或ZnS增透膜的单晶Si光学透镜。在黑体温度为500K、黑体调制频率为800 Hz和外加偏置电流为10 mA的测试条件下,测得293K下该探测器的最高黑体响应度达到168V/W,黑体探测率为2～6×108cm·Hz1/2·W-1,峰值探测率大于1×109cm·Hz1/2·W-1。     

利用分子束外延生长高质量应变平衡InAs/InAsSbⅡ类超晶格

利用分子束外延技术在GaSb衬底上生长了高质量的InAs/InAsSb（无Ga）Ⅱ类超晶格。超晶格的结构由100个周期组成,每个周期分别是3.8 nm厚的InAs层和1.4 nm厚的InAs_0.66Sb_0.34层。在实验过程中出现了一种特殊的尖峰状缺陷。利用高分辨率x射线衍射（HRXRD）、原子力显微镜（AFM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对外延的超晶格进行了表征和分析。结果表明,优化后的样品几乎为零晶格失配,超晶格0级峰半峰宽为39.3 arcsec,表面均方根粗糙度在10 μm×10 μm范围内达到1.72 ?。红外吸收光谱显示50%的截止波长为4.28 μm,PL谱显示InAs/InAs_0.66Sb_0.34超晶格4.58 μm处有清晰锐利的发光峰。这些结果表明,外延生长的InAs/InAsSb超晶格稳定性和重复性良好,值得进一步的研究。     

用于中波红外探测的InAsP/InAsSb超晶格的MOCVD生长和表征

提出了采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）生长无Ga且应力平衡的InAsP/InAsSb超晶格，并探索了其作为红外吸收材料的可行性。首先采用k·p理论计算了InAsP/InAsSb超晶格的带隙，发现其波长调节范围可以从中波红外到长波红外。然后通过MOCVD技术在InAs衬底上生长了InAs_0.8P_0.2/InAs_0.7Sb_0.3超晶格。XRD测试结果表明，InAs衬底峰与超晶格零级卫星峰的失配仅61"，即基本实现应力平衡；AFM测试材料表面形貌显示5 μm×5 μm范围内均方根粗糙度为0.4 nm；低温PL光谱显示较强的发光，峰位于3.3 μm的中波红外波段，接近设计值。这些结果表明采用MOCVD生长应力平衡的InAsP/InAsSb超晶格作为红外探测材料具有较好的可行性和实用性。     

长波InAsSb材料的结构特性研究

用熔体外延(ME)法在InAs衬底上生长了InAsSb外延层,用扫描电子显微镜(SEM)观察了样品的横截面,并测量出外延层的厚度达到100μm,用X-射线衍射(XRD)谱研究了InAsSb外延层的结构性质。测量结果表明,InAs/InAs0.023Sb0.977单晶具有相当完美的晶体取向结构及良好的结晶质量,这可能得益于100μm的外延层厚度基本消除了外延层与衬底之间晶格失配的影响。电子探针微分析(EPMA)测量的元素分布图像显示,Sb(锑)元素在外延层中的分布相当均匀。     

P＜100＞Si衬底晶向偏离度对外延埋层图形畸变的影响

衬底晶向偏高度对Ｐ型＜１００＞硅外延埋层图形畸变影响很大，在通常的外延生长条件下，当Ｐ型＜１００＞衬底主晶向朝最近（１１０）方向偏离２～３°时，可得到十分满意的埋层图形．这个结果对于修订标准具有参考价值．本文从外延生长的微观机制出发，对产生埋层外延图形畸变的原因和实验结果进行了分析。     

非制冷势垒型InAsSb基高速中波红外探测器

高速响应的中波红外探测器在自由空间光通信和频率梳光谱学等新兴领域的需求逐渐增加。中长波XB_nn势垒型红外光探测器对暗电流等散粒噪声具有显著抑制作用。本文在GaSb衬底上采用分子束外延技术生长了nBn和pBn两种结构的InAsSb/AlAsSb/AlSb中波红外光探测器材料,并通过微纳加工工艺制备了可用于射频响应特性测试的GSG结构探测器。XRD和AFM的测试结果表明,两种结构的外延片都具有较好的晶体质量。器件暗电流测试结果表明,相较于nBn器件,在室温和反向偏压400 mV的工作条件下,直径90 μm的pBn器件表现出更低的暗电流密度0.145 A/cm2,说明该器件在室温非制冷环境下表现出较低的噪声水平。不同台面直径的探测器的暗电流测试表明,pBn器件的表面电阻率低于对照的nBn器件的表面电阻率。另外,根据探测器的电容测试结果,可零偏压工作的pBn探测器具有完全耗尽的势垒层和部分耗尽的吸收区,nBn的吸收区也存在部分耗尽。探测器的射频响应特性表明,直径90 μm的pBn器件的响应速度在室温和3 V反向偏压下可达2.62 GHz,对照的nBn器件的响应速度仅为2.02 GHz,响应速度提升了29.7%,初步实现了在中红外波段下可快速探测的室温非制冷势垒型光电探测器。     

非致冷InAsSb中长波红外探测器研究评述

作为一种新兴的红外光电材料,InAsSb由于其禁带宽度窄、电子迁移率极高等优良特性受到了世界各国的广泛关注。InAsSb探测器的优势在于：对中长波红外波段的探测而言,其在室温下也具有很高的探测率,同时InAsSb探测器具有比HgCdTe探测器更高的响应速度。这些优势使得InAsSb探测器可制成非致冷型红外探测器,容易实现仪器的小型化,大大降低成本,在某些场合成为能够取代HgCdTe的理想材料。文章分别对InAsSb探测器国内和国外的研究近况作一简要评述,从而显示出在中长波红外波段InAsSb材料广阔的应用前景。