尚林涛,王 静,邢伟荣,刘 铭,申 晨,周 朋,赵建忠

(华北光电技术研究所,北京 100015)

1 引 言

Sb基应力层超晶格(SLS)尤其是II类超晶格(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(MCT)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年代末提出至今约40年仍在持续快速发展。

目前,世界主要的研究机构如德国、美国西北大学量子器件中心(CQD)、喷气推进实验室(JPL)、NRL、瑞典(IRnova)、以色列SCD和日本等很多机构报道了T2SL材料、器件和焦平面阵列(FPA)的研究进展,国内也积极开展了全面的研究。本文简单归纳总结了国内外T2SL红外焦平面探测器技术的发展状况。

2 国外超晶格探测器的发展

2.1 德 国

德国Fraunhofer IAF从1990年开始开发Sb基SL。2003年开始了高性能二维FPA阵列工艺开发。2004年,与工业伙伴AIM Infrarot-Module Gmb合作开发出了当时世界上第一个高性能国内第一代256×256@40 μm MWIR超晶格成像仪,将超晶格周期从190增加到370后QE加倍,获得卓越的93 K BLIP成像；降低像元中心距开发了国内第二代384×288@24 μm；GaSb衬底从2″拓展到3″,开发了640×512@24 μm；2005年开始开发双光谱(双色)InAs/GaSb SL FPAs,开发出第三代384×288×2@40 μm和384×288×2@24 μm,可同时探测3～4 μm(蓝)和4～5 μm(红)两个通道的中波双色超晶格。接下来几年,连续工艺改进(包括双色三In柱电极发展到30 μm和24 μm的二In柱电极技术)以及降低缺陷,双光谱FPAs制备技术成熟,光电性能连续增加,平均NEDT达到9.1 mK(红)和15.9 mK(蓝),被EADS选择集成到大型军用运输机A400M的导弹防御(MAW)系统。IAF现在已成为国家级InAs/GaSb II类超晶格探测器制造工厂[1]。拥有技术准备水平8级(TRL8)的单晶圆和5×3″(2″在中间)多晶圆MBE生长系统[1-2]。……