InAs/GaSb Ⅱ类超晶格（type-Ⅱ superlattices,T2SLs）因其俄歇复合速率低、材料均匀性好和较低的制造成本等优点,非常适合制备长波红外探测器。经过几十年的发展,超晶格红外探测器目前已经取得很大进展。但是,目前报导的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外探测器和焦平面大都是采用分子束外延（Molecular beam epitaxy,MBE）方法生长获得的。而另一方面,工业上常用的方法——金属有机化学气相沉积（Metalorganic chemical vapor deposition,MOCVD）,具有高产量、维护简单和生产配置多样等优点,更适合实现产业化。在本课题组具备可以使用MOCVD在InAs衬底上生长高质量InAs/GaSb ⅡⅡ类超晶格的基础上,本文提出了一种无铝单异质结势垒型长波红外探测器结构——PNn。通过理论计算和实验验证获得了高性能的长波红外探测器,并制备出首个MOCVD生长的长波InAs/GaSb超晶格焦平面且成功进行了成像。本文具体内容如下:1.本文提出了可以使用MOCVD生长的无铝单异质结长波红外探测器结构——PNn。其中P代表宽带隙的p型掺杂中波超晶格作为接触层,N代表宽带隙的n型掺杂中波超晶格作为势垒层,n代表n型掺杂的长波超晶格作为吸收区。在通过选择合适的势垒层掺杂和厚度时,器件的耗尽区完全降落在宽带隙的中波超晶格层中,以此降低产生-复合和隧穿暗电流,而光生电流可以正常输运,器件的量子效率并不受影响,理论上该器件可以实现扩散限性能。2.验证PNn器件结构。使用MOCVD生长了 PNn器件结构,每一层的掺杂都通过霍尔测试标定。从材料表征结果看出MOCVD生长的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格具有极高的晶体质量。在器件制备上,利用浅刻蚀工艺抑制了表面漏电。最终,在77K温度和-0.1 V偏压下,器件暗电流密度仅为2.4× 10-5 A/cm2。探测器的50%截止波长为8 μm,100%截止波长为10μm,峰值响应率在6.5μm处达到2.1A/W,量子效率为41.2%,峰值探测率为7.3×1011 cm·Hz1/2/W。该探测器性能可以与MBE生长的相近波长的器件性能相媲美。而且,该PNn器件在75 K温度以上都达到了扩散限性能。3.优化了 PNn器件性能。在制备并测试器件后发现,器件势垒层掺杂过高虽然有利于减小暗电流,但也会阻碍光生电流的输运,只有增大偏压器件才能再次正常工作;若势垒层掺杂过低,器件的耗尽区会从宽带隙的势垒层中进入窄带隙的吸收区中,导致产生-复合和隧穿电流增大;只有当势垒掺杂合适,器件的耗尽区刚好落在宽禁带的势垒层中,产生-复合和隧穿电流得到抑制,而光电流也能正常输运。最优的器件在77K温度和-0.1 V偏压条件下暗电流密度为4.5×10-4 A/cm2,动态电阻面积为399 Ω·cm2,50%截止波长为12 μm左右,器件在8 μm处响应度为1.01 A/W,对应探测率为1×1011cm·Hz1/2/W。而且,器件在10μm至12μm波长范围内探测率仍然有5×1010 cm·Hz1/2/W,展示出极高的性能。优化后的不同截止波长的PNn器件性能可以与MBE生长的含铝器件性能相媲美。4.测试了 MOCVD生长的长波InAs/GaSb Ⅱ类超晶格探测器的横向扩散长度。通过制备深刻蚀PNn器件,证明了器件在80K温度以上都表现出扩散限性能,其在-0.1V偏压下暗电流密度仅为9.1×10-6A/cm2,器件50%截止波长为10.1μm。通过将浅台面刻蚀的器件共用一个吸收区后,器件的光电流和暗电流密度都表现出随器件尺寸变化的现象。从这两种方法得出扩散长度分别为211 μm和251μm,这比MBE生长的相近波长超晶格的扩散长度长很多。5.制备了首个MOCVD生长的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格长波红外焦平面探测器,焦平面规模为320×256。在80K的工作温度和-0.1 V偏压下,焦平面测试条件设置为积分时间1.9 ms,光圈F数为2。焦平面的噪声等效温差为51.1 mK,有效像元率为96.96%,非均匀性为4.97%,平均响应率为1.0×108V/W,峰值探测率为2.3×1010 cm· Hz1/2/W。虽然该焦平面性能差于MBE生长制备的先进的焦平面性能,但证明了 MOCVD生长的InAs/GaSb Ⅱ类超晶格在高质量红外成像应用上的潜力。