InAs/GaSb II类超晶格材料
锑化物II类超晶格为直接带隙结构，具有较高的电子跃迁概率。其中，InAs/GaSb二类超晶格材料是由InAs和GaSb薄膜按不同的排列周期，通常采用MBE法相互叠堆进行生长。目前，多种器件结构的单元和焦平面探测器基于II类超晶格结构开发，具体的结构类型如PIN、W结构、PπMN结构、BIRD、CBIRD结构和单极势垒型等。这些结构主要体现在探测器制备的规模，探测率的提高，器件暗电流和阻抗的提高，器件工作温度的提高等。厦门中芯晶研可提供GaSb衬底用于二类超晶格外延生长，也可提供锑化物二类超晶格定制结构外延服务。下表展示了基于PπMN、PBπP、CBIRD等结构的II类超晶格长波红外焦平面探测器性能：
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基于PπMN、PBπP、CBIRD等结构的II类超晶格长波红外焦平面探测器性能 |
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| 结构 | 阵列规模（像素） | 像元中心距（um） | 截止波长（um） | 等效噪声差（mK） | 操作温度(K) | 量子效率 |
| PπMN | 1024×1024 | 18 | 11 | 23.6 | 81 | 78% |
| PBπP | 640×512 | 15 | 9.5 | 15 | 77 | >50% |
| CBIRD | 1024×1024 | 17.5 | 11.5 | 53 | 80 | 21% |
| InAs/AlSb势垒型 | 1024×1024 | 18 | 9.5 | 30 | 77 | 50% |
1. 基于II类超晶格探测器的优势
* 较小的俄歇复合率；
* 具有高质量、高均匀性及稳定性；
* 器件暗电流低
* 电子有效质量大
2. InAs/GaSb二类超晶格材料的发展
1977年， Sai-Halasz等人初次提出了InAs/GaSb超晶格（SL）这一观点。Smith和Mailhoit于1987年提出将其用于红外探测。此后，InAs/GaSb SL由于其相对于其他红外材料的独特优势，在红外探测领域受到越来越多的关注。通过改变两种“中间间隙”组成材料InAs和GaSb的厚度，SL材料的有效带隙可以在很大范围内(3 μm≤λ≤30 μm)定制。由于应变在超晶格中引起的重孔和光孔子带之间的大分裂，俄歇复合被抑制。由于电子有效质量大，超晶格探测器中的隧穿电流降低。SL材料的带结构可以被设计成提高载体寿命和降低噪声。其中， InAs/GaSb 超晶格基探测器是唯一理论上预测性能优于MCT探测器。此外，由于III-V族材料生长技术成熟，InAs/GaSb II类超晶格具有均匀性好、成本低的优点。1996年，第一台高性能InAs/GaSb光电探测器问世。2003年报道了第一个超晶格焦平面阵列(FPA)探测器。一些领先的实验室最近已经展示了百万像素FPA探测器。
3. InAs/GaSb二类超晶格材料的挑战与展望
虽然InAs/GaSb II类超晶格光电探测器进展迅速，但仍处于起步阶段。他们的性能远未达到理论预测，甚至落后于MCT。其中制约超晶格探测器性能很重要的一个因素是超晶格材料的质量。Yang等人报道当载流子浓度低于1017 cm-3时，超晶的载流子寿命受到shockley read hall复合限制。因此，对于器件应用来说，需要生长出具有高晶体完美度的高质量超晶格材料。Rodriguez等人报道了他们的中波长红外超晶格材料，其 X 射线衍射半峰全宽 [FWHM] 为 26 arc sec。Khoshakhlagh等人报道了截止波长为8-μm的超晶格材料的半高宽约为32 arc sec。在超晶格材料生长过程中，界面类型和质量的控制显著影响材料整体质量。由于InAs和GaSb没有共同原子，且砷和锑的黏附系数均小于1，根据生长条件可以形成GaAs样和InSb样两种界面。因此，在InAs/GaSb 超晶格生长中，界面控制尤为复杂和重要。此外，通过调整InAs/GaSb超晶格的组分来优化超晶格的能带结构，可以避免禁带中缺陷能级的形成，是一个很有前景的研究方向。
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陈经理