英国兰卡斯特大学和华威大学在硅片上集成了单片砷化铟锑(InAsSb)中红外(MIR)光电探测器。这些器件采用“II型”结构,砷化铝镓化合物电子阻挡势垒夹在n型InAs / InAsSb超晶格(SLs)之间,形成“nBn”能带结构,提供了一个电子屏障和一个空穴屏障。
研究人员发现,3-5μm波长的MIR光谱范围内,硅光子学和热电冷却检测系统具有成本效益。以大面积焦平面阵列和MIR集成光子电路形式的低成本超紧凑系统将在气体传感、防御和医疗诊断中得到应用。
MIR系列中常用的材料是碲化汞镉(HdCdTe)合金。其装置生产成本高,需要低温冷却以减少暗电流。而nBn结构采用位于窄带隙吸收和接触层之间的宽带隙阻挡层,阻挡多数载流子的流动,而不是少数载流子。小偏压几乎完全落在分隔光生载流子的屏障上,这几乎完全消除了窄间隙材料中的电场,这极大地抑制了与结相关的Shockley-Read-Hall (SRH)暗电流,因此与传统的p-i-n光电二极管相比可有更高的工作温度。
材料生长开始于在4°切割的硅(100)晶片上通过490℃固体源分子束外延(SS-MBE)生长的17单层AlSb成核。成核包括优化的90°界面错配位错阵列,以促进缺陷的横向而非垂直传播。 不匹配的间距约为3.35nm。
经测试发现硅上生长的大量InSb探测器和在GaAs上生长的InAs / GaSb SL情况有所改善。这可归因于改善的GaSb / Si缓冲层的结构质量,以及InAs / InAsSb SL nBn设计提供的降低的缺陷灵敏度。