隧道抑制
在构建基于超晶格的红外探测器结构时，应特别考虑吸收体超晶格的固有性质，其中许多是由能带结构揭示的。我们首先检查图 1.5中块状 InAs 和 GaSb 的复杂能带结构，使用增强的有效键轨道模型 ( Cartoixà et al., 2003 ) 计算，其中包括块状反转不对称效应。材料参数取自Vurgaftman等人。（2001 年）。复杂的能带结构显示了导带和价带，以及倏逝态。根据或者，其中k z是虚数。因此，它们与假想波矢量相关联，如图 1.5A和图复合 B 的左图所示。红外光电二极管的隧穿泄漏特性由带隙中倏逝波的特性控制。在给定能量下，如果对称允许，最有利的隧穿泄漏路径由具有最小虚波矢量的倏逝态提供。这是由连接导带边缘和光孔带边缘的虚带分支给出的。这在图 1.5A中清晰可见，其中 InAs 重孔和轻孔带由于小应变而略微分裂（我们故意将 InAs 应变到 GaSb 衬底晶格常数）。通常，通过比较 InAs 和图 1.5中的 GaSb. 或者，可以说较大的导带有效质量也导致减少的隧穿，因为具有较大带隙的半导体也具有较大的导带有效质量。小虚波矢量与小带隙相关的事实是基于窄带隙体半导体的LWIR同质结pn二极管遇到隧道泄漏问题的根本原因。
我们接下来检查超晶格能带结构，以了解如何减少 LWIR II 型超晶格中的隧穿泄漏。图 1.6显示了 (22,6)-InAs/GaSb LWIR 超晶格的能带结构，使用增强的有效键轨道模型计算（Cartoixà等人， 2003 年））。计算不包括空间电荷效应（由断隙排列引起的从GaSb到InAs的电荷转移）、界面类型或界面扩散，并且受能带结构模型的限制和材料精度的不确定性参数。因此，与本工作中提出的其他能带结构计算一样，在与实验结果进行比较时，应仅将其视为半定量。超晶格能带结构区别于典型体半导体的一个显着特征是在区域中心的最高重空穴带（HH1）和最高轻空穴带（LH1）的分裂。虽然红外吸收边缘由最低导带（C1）和HH1带之间的间隙决定，电子有效质量由C1-LH1间隙决定。在无应变体半导体中，这两个间隙是相同的。在超晶格中，较大的 C1-LH1 间隙导致相对于具有相同基本带隙的体半导体的电子有效质量显着更大。较大的电子有效质量有利于减少带间隧穿以及陷阱辅助隧穿。