InAs/GaSb超晶格中波焦平面材料的分子束外延技术

报道了InAs/GaSb超晶格中波材料的分子束外廷生长技术研究.通过改变GaSb衬底上分子束外延InAs/GaSb超晶格材料的衬底温度,以及界面的优化等,改善超晶格材料的表面形貌和晶格失配,获得了晶格失配△a/a=1.5×10-4,原子级平整表面的InAs/GaSb超晶格材料,材料77 K截止波长为4.87 μm.     

采用(211)碲锌镉衬底制备碲镉汞液相外延薄膜

文中对(211)晶向的CdZnTe衬底进行液相外延生长HgCdTe。获得的碲镉汞液相外延材料的组分为0. 30 ～0. 33,薄膜厚度为10 ～15μm,表面缺陷密度为500cm- 2 ,材料的FWHM达到24弧秒,位错腐蚀坑密度约为2 ×105 cm- 2 ,该材料的表面形貌与采用(111)晶向衬底的HgCdTe外延材料有较大区别。     

128x128元InAs/GaSb II类超晶格红外焦平面探测器

报道了128×128元InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外焦平面阵列探测器的研究成果.实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料.红外吸收区结构为13 ML(InAs)/9 ML(GaSb),器件采用PIN结构,焦平面阵列光敏元大小为40μm×40μm.通过台面形成、侧边钝化和金属电极生长,以及与读出电路互连等工艺,得到了128×128面阵长波焦平面探测器.在77 K时测试,器件的100%截止波长为8μm,峰值探测率6.0×109cmHz1/2W-1.经红外焦平面成像测试,探测器可得到较为清晰的成像.     

激活退火对As掺杂型HgCdTe材料的影响

研究了激活退火热处理过程对As掺杂碲镉汞外延材料组分的影响,实验包括不同的热处理条件以及不同厚度外延材料,并用红外透射光谱测量了退火前后材料组分的变化。实验结果表明,在相同温度和相同时间的热处理条件下,外延层的厚度越厚,热处理对材料组分的影响越小;在相同温度不同时间的热处理过程中,随着时间增加,材料的组分变化也随之增加,并且,外延层越厚,组分的变化量也越小。     

基于多层薄膜的长波红外InAs/GaSb II类超晶格焦平面光响应调控研究

本文基于长波InAs/GaSb Ⅱ类超晶格红外焦平面阵列(Focal Plane Array,FPA)设计和生长了由ZnS和Ge组成的多层薄膜结构。与没有多层薄膜的FPA相比,多层薄膜使其响应峰位置从8.7μm和10.3μm分别移动到9.8μm和11.7μm,50%响应截止波长从11.6μm移动至12.3μm,并且在波长为12μm处的响应强度增加了69%。总之,优化的多层薄膜可以调控FPA的响应波长,这为实现更高灵敏度和更高成像能力的长波红外探测提供了更好的平台。     

High Performance Long Wavelength Superlattice Photodetectors Based on Be Doped Absorber Region

The effect of Be doping on the quantum efficiency and the dark current of InAs/GaSb long-wavelength infrared superlattice photodetectors grown by molecular-beam epitaxy on GaSb substrates are reported. A significant improvement of quantum efficiency （QE） with p-type doping is demonstrated. Our results show that Be doping level at 2.5 × 10^15 cm^3 gives the highest quantum efficiency of product 28%. We also demonstrate that the increased QE is not only resulted from the longer minority carrier diffusion length, but also the p-n junction location change. Finally, the result also shows that the sample with a doping density of 2,5 × 10^15 cm^3 has the largest D＊ as 8.68 × 10^10 cm.Hz^l/2.W^-1, which is almost five times D＊ of the non-intentionally doped one.     

HgCdTe组分异质结的生长与表征

采用富碲水平推舟液相外延生长方式,在(111)晶向的碲锌镉衬底上生长了双层组分异质HgCdTe外延薄膜,并对生长后的薄膜质量进行了评价.使用染色法和红外透射光谱数值拟合的方法,对两层薄膜的厚度进行了表征,并建立了一个双层薄膜纵向组分分布模型;对材料的电学参数进行测量的结果显示,双层异质液相外延样品中长波层的载流子迁移率较之单层液相外延样品略高,原因可能是中波覆盖层对长波外延层起到了钝化作用.     

碲镉汞富碲垂直液相外延技术

研究了碲镉汞富碲垂直液相外延技术.在研究该关键技术的过程中,提出了一种方法以检查外延前(Hg1-xCdx)1-yTey母液的均匀性.并且,通过减小生长腔体中的自由空间,对气体的对流和汞回流进行了抑制,及通过改进工艺过程中的温度控制方式来应对因对流和汞回流而造成的生长温度不确定性.在解决上述关键技术后,实现了碲镉汞垂直液相外延工艺的稳定性,所外延的中波碲镉汞材料的组分可重复性做到了±0.005,厚度控制能力达到了±5μm ,40×30mm2外延材料的横向组分均匀性(相对均方差)小于1.3×10-3,同生长批次材料片与片之间的组分和厚度差异分别小于0.001和1μm.在10mm线度上,表面起伏小于1μm.经热处理后,中波汞空位p型材料在77K下具有较高的空穴迁移率.另外,和水平推舟技术相比,垂直碲镉汞液相外延在提供大批量和大面积相同性能材料方面具有明显的优势,这对于二代碲镉汞红外焦平面批生产技术和拼接型超大规模红外焦平面技术的发展都具有重要的意义.     

As掺杂碲镉汞富碲液相外延材料特性的研究

对富碲液相外延As掺杂碲镉汞(HgCdTe)材料的研究发现,其电学性能存在着不稳定性,材料霍尔参数的实验数据与均匀材料的理论计算结果也不能很好的吻合.通过采用剥层变温霍尔测量和二次离子质谱(SIMS)测试对材料纵向均匀性进行检测的结果显示,外延材料中的As在高温富汞激活退火过程中具有向材料表面扩散的效应,导致在表面形成了高于主体层浓度1～2个量级的高浓度表面层,并导致了AsTe受主的浓度在HgCdTe薄膜中呈非均匀分布.考虑这一效应并采用双层模型的霍尔参数计算方法后,As掺杂HgCdTe液相外延材料的电学行为得到了较好的解释,并较为准确地获得了退火后材料表面层与主体层的受主浓度及受主能级等电学参数.     

长波InAs/GaSb II类超晶格红外探测器

报道了50％截止波长为12.5μm的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外探测器材料及单元器件.实验采用分子束外延技术在GaSb衬底上生长超晶格材料.吸收区结构为15ML(InAs)/7ML(GaSb),器件采用PBIN的多层异质结构以抑制长波器件暗电流.在77K温度下测试了单元器件的电流-电压(I-v)特性,响应光谱和黑体响应.在该温度下,光敏元大小为100μm×100μm的单元探测器RmaxA为2.5Ωcm2,器件的电流响应率为1.29A/W,黑体响应率为2.1×109cmHz12/W,11μm处量子效率为14.3％.采用四种暗电流机制对器件反向偏压下的暗电流密度曲线进行了拟合分析,结果表明起主导作用的暗电流机制为产生复合电流.