随着技术要求的提高，HgCdTe材料也显现出了各种缺点，如大面积制造均匀性差、隧穿电流大、俄歇复合速率高等。相较于HgCdTe，量子阱红外探测器得益于Ⅲ-Ⅴ族材料成熟的生长技术，器件的稳定性和均匀性较好，成本相对较低，更利于产业化的普及，但是由于子带间跃迁选择定则的制约，量子阱的吸收系数和量子效率很低，大大制约了量子阱器件的应用范围。InAs/GaSbⅡ型超晶格的制备与量子阱相似，易掺杂且大面积生长的均匀性良好，利于大规模焦平面阵列红外探测器的制造。InAs/GaSbⅡ型超晶格因其特殊的能带结构及成熟的材料生长技术，被视为第三代红外探测器的优质材料。
目前报道的超晶格器件载流子寿命远低于HgCdT，并没有观察到理论上抑制俄歇复合现象的出现，已有的研究表明，这主要是因为Ga相关的深能级缺陷促进了Shockley-Read-Hall（SRH）复合，但针对此类问题尚无完美解决方案。为了解InAs/Gasb Ⅱ型超晶格的光电特性，提升器件性能，进一步研究超晶格的光电物理特性是有必要的。本研究利用多种光谱测量手段对基于InAs/GaSb Ⅱ型超晶格的宽波段探测结构进行光学性质的研究。
InAs/Gasbl型超晶格能带示意图
据麦姆斯咨询报道，近期，华东师范大学物理与电子科学学院极化材料与器件教育部重点实验室越方禹研究员联合中国空空导弹研究院、红外探测器技术航空科技重点实验室、中国科学院上海技术物理研究所等研究人员在《航空兵器》期刊上发表了以“用于宽波段红外探测的InAs/GaSbⅡ型超晶格结构光学性质研究”为主题的论文。
这项研究介绍了长、短波红外探测用的InAs/GaSbⅡ型超晶格探测器结构的光学性质，对比超晶格和衬底的拉曼光谱指认了结构中存在的主要拉曼振动模式，分波段光致发光谱揭示了器件存在近红外和远红外双波段特性。通过反射光谱、光电流谱以及宽波段红外透射光谱表征了短波红外和长波红外的明显吸收特性，合理解释了基于InAs/GaSbⅡ型结构在近、中、远红外波段的探测功能。
双波段超晶格探测器结构示意图
本研究通过拉曼光谱、光致发光谱、反射光谱、光电流谱以及宽波段红外透射光谱探究了InAs/GaSbⅡ型探测器结构的光学性质，结果表明，n-doped InAs:Si/GaSb薄层参数并未对器件探测波段产生影响，但是超晶格层厚度的变化可能会影响非平衡载流子寿命和迁移率，进而影响器件的灵敏度和响应率。拉曼光谱指认了超晶格器件结构236 cm-1处的拉曼峰来自GaSb的LO振动模，231cm-1处的拉曼峰来自InAs和GaSb耦合的LO振动模，215 cm-1处的拉曼峰来自InAs的TO振动模，108cm-1处的拉曼峰可能为InAs的2TA振动模。光致发光谱表明器件在0.12eV和0.75eV两处存在发光峰，揭示了器件的双波段特性。结合探测器结构和宽波段范围内的透射谱和谱分辨光电流谱，合理地解释了器件具备宽波段红外探测的功能，但器件结构的高界/表面态密度会限制器件性能。该研究结果可为理解InAs/GaSbⅡ型超晶格探测器的物理机制和特性、以及器件结构设计和制备提供参考。
上述研究第一作者为华东师范大学物理与电子科学学院极化材料与器件教育部重点实验室硕士研究生李红凯，研究方向是半导体光谱学。该项目获得国家自然科学基金（61874043，61790583，61874045，61775060）；国家重大研发计划（2016YFB0501604）；航空科学基金（201824X8001）的支持。
