尚林涛,王 静,邢伟荣,刘 铭,申 晨,周 朋

(华北光电技术研究所,北京 100015)

1 引 言

II类应力层超晶格(SLS)超晶格(T2SL)材料在探测器、激光器、调制器上具有广泛的应用,尤其在红外探测领域具有极大的潜力和优势,普遍认为可以替代目前主流的HgCdTe材料。相比MCT材料技术约60年的漫长积累和发展,二类超晶格技术从20世纪70年代末提出至今仍在持续快速发展。

1950年H.Kroemer提出异质结可以独立控制电子/空穴分布,但当时晶格匹配的体半导体有限,异质带的连续性较差或难以改变；直到1970年L.Esaki提出超晶格(SL)概念,异质结技术可以用于获得能级和能带的不连续控制和更大的灵活性；1977年,诺贝尔奖得主Sai-Halasz提出T2SL会成为激光、光电探测器和晶体等领域重要的材料体系,在红外领域会替代MCT；观点首先被Schulman和McGill在CdTe/HgTe SL材料系统中进行了检验,证实比MCT合金更具均匀性优势；Smith,McGill和Schulman重新研究了CdTe/HgTe SL理论,确定与体材料相比,T2SLs可以显著降低带-带隧穿,应力可有效增强T2SL中光学吸收,D.L.Smith提出T2SL具有大的电子有效质量和重轻空穴带分裂,俄歇复合速率低于体半导体。Grein,Young和哈佛大学的H.Ehrenreich团队进行了详细的理论计算并将这一概念置于坚实的理论基础之上。1987年,Smith和Mailhiot提出了被广泛认为是T2SL红外探测器理论和概念原型的InAs/GaxIn1-xSb T2SL；1990年,Chow和合作者报道了长波红外(LWIR)响应的高结构质量GaxIn1-xSb/InAs超晶格材料；1997年德国Fraunhofer IAF的Fuchs和同伴展示了77K截止波长8μm探测率靠近MCT的高性能InAs/GaInSb红外探测器二极管；聚焦于7～11μm,美国西北大学量子器件中心(CQD),美国海军实验室(NRL),Rockwell和其他机构开始在Sb基T2SL领域开展广泛的研究。……