GaSb基InAs/GaSb II型超晶格( T2SL)长波红外材料 *E
在解决长波红外光谱域的合适红外技术中,GaSb 衬底上的 InAs/GaSb II型超晶格 (T2SL) 是一种用于高性能冷却红外焦平面阵列 (FPA) 的有吸引力的光电探测器材料,因为它在可操作性和稳定性方面具有潜力。可供GaSb衬底上InAs/GaSb T2SL结构外延片用于长波长红外(LWIR)应用,具体规格参数请参考下表:
1. GaSb基InAs/GaSbT2SL长波红外外延结构参数
CSP22191 – T2SL – LWIR
序号 | 外延层 | 材料 | 厚度(ML) | 厚度(Å) | 类型 | 掺杂 | 掺杂浓度 | 重复 | x |
24 | 接触层 | GaSb | 0.2 | – | – | – | |||
23 | p+ | GaSb | 8 | – | – | – | – | – | |
22 | InSb | – | – | – | – | – | |||
21 | InAs | – | – | – | – | – | |||
20 | InSb | – | – | – | – | – | |||
19 | 势垒层 | GaSb | – | – | i | – | – | ||
18 | InSb | – | – | – | – | – | |||
17 | InAs | – | – | – | – | – | |||
16 | InSb | – | – | – | – | – | |||
15 | 吸收层 | GaSb | – | – | – | – | 5E+15 | – | |
14 | InSb | – | – | – | – | – | |||
13 | InAs | – | – | – | – | – | |||
12 | InSb | – | – | – | – | – | |||
11 | 势垒层 | GaSb | – | – | – | – | – | – | |
10 | AlSb | – | 24.38 | – | – | – | |||
9 | GaSb | – | – | – | – | – | |||
8 | InAs | – | – | – | – | – | |||
7 | n+接触层 | GaSb | – | – | – | – | – | – | |
6 | InSb | – | – | – | – | – | |||
5 | InAs | – | – | – | – | – | |||
4 | InSb | – | – | – | – | – | |||
3 | 蚀刻停止层 | InAs(x)Sb(1-x) | – | Si | – | – | |||
2 | 缓冲层 | GaSb | – | nid | |||||
1 | 衬底 | n-GaSb |
与其他材料(Hg1−xCdxTe、InSb、QWIP、QD、VxOy等)相比,InAs/GaSb作为典型的II型超晶格材料,具有许多优点,如带隙的精确调节、高工作温度、大的有效质量、抑制俄歇复合、宽带吸收、垂直角度入射光以及良好的材料生长均匀性。由于俄歇复合的抑制,对于相同的截止波长,InAs/Ga(As)Sb T2SL的载流子寿命预计比MCT的载流子寿命长。InAs/GaSb II型超晶格材料的探测波长只需调整InAs和GaSb层的层厚即可从近红外变为长波红外。特别是对于长波红外(LWIR)和甚长波红外(VLWIR)范围检测,其优势十分明显。
2. InAs/GaSb T2SL量子结构的性质
6.1Å族由GaSb、InAs和AlSb半导体组成,形成了一组彼此晶格紧密匹配的化合物(图1a)。通过使用InAs或GaSb作为衬底,许多创新的量子结构可以用于适合光电应用的红外器件的有源区,如激光二极管或光电探测器。这要归功于6.1 Å族的强大灵活性,在80K时,能量间隙范围从0.41 eV(InAs)到1.7 eV(AlSb),以及具有I型、II型或交错II型(III型)能带排列的异质结构(图1b)。
图1 (a)化合物半导体的能隙与晶格常数的关系。晶格常数在6.1Å左右的三种半导体InAs、GaSb和AlSb被称为“6.1Å族”,如图虚线红框;(b) InAs、GaSb和AlSb的能带排列。实心矩形表示禁带,并指定了每个二元异质结构之间的偏移类型
事实上,InAs/GaSb异质界面呈现特定的III型能带排列,其中InAs层的导带低于GaSb层的价带(图1b)。使用这种异质结构来构建超晶格,这种周期性结构的带隙由第一电子微带C1和第一重空穴态V1之间的能量差决定(图2),仅取决于对称(InAs和GaSb层的厚度相同)或不对称(两层中的一层比另一层厚)配置的层厚度。因此,超晶格结构可以在V1和C1微带之间吸收(图2)通过调整层厚度和周期来吸收大的红外辐射。
图2 在基本电子(C1)和重空穴(V1)微带之间发生吸收现象的InAs/GaSb 超晶格结构的示意图
LWIR探测器是最受欢迎的红外探测器类型之一,因为它们对热成像应用具有无与伦比的适用性。在民事用途方面,LWIR探测器可用于卫星地球观测应用,如环境建模、气象和监视。此外,LWIR波长范围的获取对于气体传感、医学成像和光谱学等科学和工业应用也很重要。
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