InAs/GaSbⅡ类超晶格由于其独特的能带结构,与其它红外探测材料相比,在制备红外探测器方面具有许多天然优势,被认为是新一代高性能红外焦平面优选材料体系。随着超晶格外延生长技术和器件制备的日趋成熟,目前国际上已实现了多种不同规格、不同探测波段的超晶格焦平面器件。特别是近十年内,InAs/GaSbⅡ类超晶格探测技术得到了快速的发展,不过,In As/Ga SbⅡ类超晶格探测器的实际性能与其理论预期还存在一定差距,尤其是超晶格探测器的量子效率仅有碲镉汞探测器量子效率的一半左右,这在一定程度上限制了超晶格探测器的性能提升。量子效率受光吸收和光电转换两种机制的影响,充分的光吸收是获得高量子效率的前提,然而由于超晶格多层多界面的异质结构特别易于三维岛状结构的生长,随着外延层厚度增加,粗糙度越来越大,增加了高质量外延材料的制备难度,而较薄的外延材料厚度无法对入射光进行充分吸收,成为了限制量子效率提升的一个重要因素。因此,如何获得高量子效率的超晶格探测材料成为了提高超晶格探测器性能的关键。本论文从超晶格的生长周期结构及工艺两方面出发,对超晶格多层异质结构外延特性进行了深入研究,通过调控界面生长结构和工艺,实现了中波超晶格材料的制备。具体的研究内容和结果如下:1.研究InAs/GaSbⅡ类超晶格材料中In As层外延时As/In束流比变化对材料晶体结构、表面形貌的影响。由于As比较大的饱和蒸气压,在In As层生长结束后MBE腔体内仍会残留As背景压,将影响后续界面和Ga Sb层的生长,因此对In As层外延V/ⅡI束流比的优化研究对于深入认知超晶格材料的生长特性至关重要。通过研究发现当V/ⅡI束流比为1.90时已不能维持In As层的稳定生长,制备得到的材料表面开始出现大量宏观缺陷,形成In原子聚集的岛状点结构。当V/ⅡI束流比从1.90逐渐增加2.62,点缺陷消失,微观表面形貌的AFM粗糙度逐渐下降,不过仍然呈现三维岛状的生长结构。随着V/ⅡI束流比增加,外延层与衬底的晶格失配逐渐减小,通过HRXRD测试分析发现超晶格材料界面层处存在原子交换。2.设计新型的超晶格MBE生长结构,调控界面生长工艺,探究新型生长结构和工艺对超晶格材料晶体结构、表面形貌和发光特性的影响。在InAs/GaSbⅡ类超晶格MBE生长过程中,通过在In As和Ga Sb层之间故意插入In Sb界面层可以有效实现应力补偿,然而由于In Sb与In As和Ga Sb分别存在0.65%、0.59%的晶格失配,增加了高质量界面层的生长难度,本论文对传统的界面生长方式进行了重新设计,取消了In As-on-Ga Sb界面层的直接生长,并且通过在Ga Sb-on-In As界面处引入Sb束流浸润处理应力补偿的问题。通过研究发现,新型生长结构和工艺下超晶格材料微观表面从三维岛状生长模式转变为二维层状生长模式,不过Sb浸润时间对于材料的表面形貌、晶体结构和光致发光特性有重要影响,不充分的Sb浸渍会使材料的界面区域更加无序,晶体结构完整性下降,导致材料表面粗糙度提高,进而降低超晶格的晶体质量,影响光致发光特性。3.验证了新型生长结构和工艺在InAs/GaSbⅡ类超晶格材料生长方面的优势。随着外延材料周期数由500上升到800,所有样品的外延层和Ga Sb衬底的失配度均能控制在1×10^-4以下,一级衍射峰的半峰宽维持在25arcsec,表面均方根粗糙度在0.2nm左右未出现明显的变化波动,表现出了好的生长稳定性及高的可重复性,为后续高量子效率探测器材料的制备提供了重要保障。4.研究InAs/GaSbⅡ类超晶格中波探测器材料晶体质量和均匀性及器件特性。对生长的3英寸P-I-N探测器结构材料进行了HRXRD和AFM均匀性测试,沿着径向各点的晶格失配均小于5×10^-5,一级衍射峰半峰宽在25arcsec左右,生长周期厚度与设计厚度一致,5μm×5μm的微观表面呈现了清晰的原子台阶,表面粗糙度始终在0.2nm左右,此InAs/GaSbⅡ类超晶格探测器材料表现出了高的均匀性和晶体质量。对样品进行了单元器件制备和性能测试,在77K温度及0偏压工作条件下峰值量子效率超过了80%,50%探测截止波长为5.4μm,暗电流密度在-20m V偏压条件下为9.4×10^-7A/cm²,0偏压下的动态电阻面积为1.2×10⁴Ω·cm²,对应的峰值探测率为6.1×10¹²cm Hz^1/2/W,并且通过变温I-V测试及拟合深入分析了该器件的暗电流特性。