摘要
InAs/GaSbⅡ型超晶格(T2SLs)是一种低维半导体材料，近年来在红外探测方面受到了广泛关注。超晶格是一种原子尺度的人工材料，具有周期性交替异质结。InAs/GaSbⅡ型超晶格以其较高的电子有效质量、可调的能带和对俄歇复合的抑制作用等优势，引起了人们的极大兴趣，被认为是第三代红外探测器的优选材料。InAs/GaSbⅡ型超晶格在设计结构方面拥有了更多的可能性，在保持晶格匹配条件的同时，扩展了导带和价带的设计空间，带隙可调范围达到0～0.8eV。Ⅱ型超晶格材料体系为新型光电子器件的发展提供了新可能，未来发展拥有美好前景。 目前，Ⅱ型超晶格长波和甚长波红外探测器的应用领域从夜视、国土安全、目标跟踪、非破坏性故障检测、医学生化传感到自由空间通信，应用范围极其广泛。基于长波和甚长波红外探测器的重要研究价值，本文以提高InAs/GaSbⅡ型超晶格器件的量子效率和降低暗电流为目标，分析和优化了长波、甚长波红外探测器的性能。本文的主要研究方面是:长波红外探测器的结构设计和吸收区的Be掺杂的优化，甚长波红外探测器的台面刻蚀工艺优化和钝化工艺优化，主要成果如下: (1)优化了长波红外探测器的结构设计和吸收区的Be掺杂，具体目标是提高器件的量子效率，并同时兼顾低暗电流。依据器件结构和暗电流的形成机理，确定了外延生长的材料采用M型超晶格能带结构，生长三组吸收区掺杂Be温度不同的样品，分别为660-640℃、700-680℃、740-720℃，制备成器件，对比分析，确定了最优的吸收区Be掺杂温度为700-680℃，量子效率的最高值为53.39％，峰值响应度约在6.17μm为2.63A/W，探测率约为1.60×1012cmHz1/2/W，RmaxA在2500Ω·cm2左右，整体优化了长波红外探测器的性能。 (2)优化了甚长波红外探测器的台面刻蚀工艺。从物理机制方面分析了干法刻蚀和湿法腐蚀各自在单元探测器制备中的优缺点，研究了柠檬酸系腐蚀溶液的腐蚀机理，最终开发了配比为C6H8O7∶H3PO4∶H2O2∶H2O=0.45g∶1ml∶0.6ml∶20ml的腐蚀液，样品的腐蚀速率在静止状态下约为140nm/min，在运动状态下约为200nm/min。腐蚀后的器件表面粗糙度(RMS)为0.24nm，SEM的测试图也显示该器件的台面的线条精确度高，侧壁倾角约为45°，形貌光滑且无附着颗粒沾染物。器件经暗电流和RA曲线表明其具有良好的性能。 (3)优化了甚长波红外探测器的钝化工艺。研究了四种钝化技术:阳极硫化、SU8钝化、Al2O3和Si3N4效果，根据测试结果分析了四种钝化效果具有差别的内部机理，证实经SU8钝化的器件性能最优。同时实验表明阳极硫化和Al2O3钝化效果次之，Si3N4的钝化效果表现最差。综合湿法腐蚀和SU8钝化，当温度为77K时，成功制备出了R0A为3.6Ω·cm2的甚长波器件。
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