中波红外发光二极管 (MWIR LED) 外延生长  *S

        在红外（IR）波段范围工作的光电器件在学术和工业应用中引起了人们的兴趣。由于缺乏大气吸收，在3-5μm和8-12μm光谱波段工作的器件是光谱、成像和动态场景投影的有用窗口。基于InAs/GaSb超晶格（SL）材料系统的红外光电子器件在中波红外（MWIR）和长波红外（LWIR）的探测器和发射器中越来越受欢迎。通过适当选择InAs和GaSb层厚度，带隙调谐（0-0.5 eV）使广泛的潜在应用成为可能。InAs/GaSb超晶格发光二极管（SLED）可以针对特定波长的发射进行定制，并表现出高亮度。目前，已有研究人员报道了由16个级联的InAs/GaSb II型超晶格与隧道结耦合而成的512×512，48μm间距的MWIR LED阵列。

1. InAs/GaSb基中波红外LED外延结构

        该结构发光区域是未掺杂的超晶格（10.3ML的InAs和16ML的GaSb）。V/III单位比为RHEED振荡频率从第III列受限切换到第V列受限的通量。超晶格在430°C的衬底温度下生长。超晶格LED由16个级联发射区组成。发射区的级联允许载流子的回收，其中与一个发射区中的空穴复合的电子产生光子，然后隧穿到相邻的发射区并与空穴复合以产生随后的光子。发射区与p型GaSb（Be=1.5×10¹⁸ cm⁻³）到n型Al0.20In0.80As0.73Sb0.27（Te=1.5×10.18 cm⁻²）合金隧道结互连。这种隧道结设计已被证明具有低动态电阻，以及由其耦合的超晶格LED段的高辐射输出。该超晶格的周期性测定为7.44nm。器件结构如图1所示:

图1 InAs/GaSb超晶格发光二极管结构示意图

2. InAs/GaSb超晶格在中波红外LED意义

        基于InAs/GaSb系统的超晶格表现出极大的通用性，并且可以高度专业化用于使用带结构工程的许多应用。InAs和GaSb之间的晶格失配仅为0.62%，并且如果在界面处进行适当的应变平衡，则可以在GaSb衬底上生长准晶格匹配的超晶格层。InAs/GaSb超晶格系统的能带排列为II型断隙，InAs的导带边缘能低于GaSb价带的导带边能。电子和空穴分别主要位于InAs层和GaSb层中。然而，对于足够薄的InAs层，载流子的强波函数重叠可能存在于整个结构上。GaSb层中的空穴限制比InAs中的电子更明显，因为限制能量与有效质量成反比。这种效应与波函数重叠相结合，产生了大的带间跃迁概率，从而产生了强的光学响应。

        此外，由于界面的无公共原子性质，InAs/GaSb 超晶格系统也提供了额外的自由度。界面可以是类InSb、类GaAs或这两种成分的混合物。界面成分可用于改变晶体中的应变，从而提供应变平衡和能带结构修改的手段。

图2  10.3/16ML InAs/GaSb超晶格能带与波矢量的关系图

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