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InAsSb/GaSb带间跃迁量子阱红外探测器研究红外探测技术发展至今,已经在社会生产和生活、科学研究,尤其是国防军事等领域得到了广泛应用。伴随着半导体工业的进步和发展,以碲镉汞材料为代表的光子型红外探测器凭借着响应速度快、灵敏度高等优点在红外制导、侦察、遥感等方面发挥着不可替代的作用。光子型红外探测发展的核心目标是不断寻求更高信噪比的光响应,为此需要在持续提升光电转换量子效率的同时,不断抑制暗电流。而为了达到抑制暗电流的目的,需要为光子型红外探测器配备一套低温制冷设备,这不仅提高了生产成本,也大大限制了红外探测器的应用范围和使用寿命。所以,寻找可以在较高温乃至是室温条件下工作的光子型红外探测器材料一直是红外探测领域的研究热点。本课题组在近期研究中发现,InGaAs/GaAs量子阱、InAs/GaAs量子点、InGaN/GaN量子阱等低维结构中的受限光生载流子受pn结调制会产生高效抽取现象,且抽取效率高达90%以上。虽然产生该现象的内在物理机制还有待进一步研究,但是其所表现出来的受限光生载流子的高效抽取行为为设计新型的光电探测器提供了全新的思路,有可能制备出更高信噪比、更高工作温度和更长响应波长的红外探测器。在此工作的基础上,本文选择InAsSb/GaSb量子阱这一全新的材料体系作为研究对象,开展InAsSb/GaSb带间跃迁量子阱红外探测器（IQWIP）的相关研究,目标为实现3sup5/supμm波段高温工作红外探测提供实验和理论基础。首先,从GaSb和InAsSb单层薄膜的生长出发,确定了GaSb脱氧化膜的合适条件,通过在GaAs衬底上生长掺Te的GaSb薄膜确定了GaSb中的n型掺杂浓度,得到了适合GaSb生长的最佳V/III比为9。确定了InAsSb材料的最佳生长温度为430℃。研究了生长InAsSb和GaSb的界面层时,As束流保护的时间长短对多量子阱材料生长的影响,解决了多量子阱材料生长过程中InAsSb和GaSb交替生长时的快门切换问题。As束流存在的时间越短,越有利于InAsSb量子阱的生长。得到了晶格匹配的InAsSb/GaSb量子阱材料,XRD测量结果表明InAsSb中的Sb组分为0.084,样品表面平整,2μm×2μm范围内的表面粗糙度（RMS）为1.59?。生长应变InAsSb/GaSb量子阱材料时,通过加大生长InAsSb量子阱时Sb束流的方法,得到了Sb组分为0.3的InAsSb量子阱材料。然后,利用有效质量近似方法对InAsSb/GaSb量子阱进行了能带计算,由于量子限制效应使得量子阱中的能级产生分立,5nm宽的InAssub0.91/subSbsub0.09/sub中可容纳电子的最低能级从价带底位置的-0.252eV升高到了Esub1/sub位置的-0.051eV,导致对应的跃迁波长从4.42μm缩短为2.35μm,随后的实验结果验证了计算结果的正确性。通过一系列的器件工艺过程,将生长的InAsSb/GaSb多量子阱材料制成了红外探测器原型器件。光谱响应测试结果表明,该器件在室温条件下的响应波长在2.1μm附近,与计算结果基本吻合。在-0.5V偏压下,器件的峰值响应率为0.4A/W,在无增透膜的条件下,峰值量子效率可达23.8%。在室温条件下,偏压分别为-0.4V和0V时,器件的暗电流分别为6.05×10sup-3/supA/cmsup2/sup和3.25×10sup-5/supA/cmsup2/sup,峰值探测率为6.91×10sup10/supcmHzsup1/2/sup/W。根据能带计算结果发现:在InAsSb/GaSb材料体系中,量子阱中的Esub1/sub能级一定要比势垒的价带能级高,才有可能测量到从量子阱价带能级到Esub1/sub能级的带间跃迁。然后以此结论为基础探索了扩展InAsSb/GaSb带间跃迁量子阱红外探测器响应波长的方法。一是在保持InAsSb量子阱宽度不变的情况下增加InAsSb中的Sb组分,由于材料的生长难度增大,目前实验上只能将波长扩展到2.55μm;二是增大InAsSb量子阱宽度（10nm和15nm）,试图降低量子限制的影响,从而降低Esub1/sub能级位置;但是该方法会导致Esub1/sub能级低于势垒的价带,从而导致测不到光谱响应;第三种方法是在增大InAsSb量子阱宽度（10nm）和Sb组分（0.3）的同时,用AlSb做势垒层,从而得到了响应波长在3.03μm的原型器件（78K）,成功地将器件的探测波长扩展到了中波红外波段。这些计算和实验结果对将来寻找更合适的材料和生长条件具有重要的指导意义。