隧道抑制
在構建基于超晶格的紅外探測器結構時，應特別考慮吸收體超晶格的固有性質，其中許多是由能帶結構揭示的。我們首先檢查圖 1.5中塊狀 InAs 和 GaSb 的復雜能帶結構，使用增強的有效鍵軌道模型 ( Cartoixà et al., 2003 ) 計算，其中包括塊狀反轉不對稱效應。材料參數取自Vurgaftman等人。（2001 年）。復雜的能帶結構顯示了導帶和價帶，以及倏逝態。根據或者，其中k z是虛數。因此，它們與假想波矢量相關聯，如圖 1.5A和圖復合 B 的左圖所示。紅外光電二極管的隧穿泄漏特性由帶隙中倏逝波的特性控制。在給定能量下，如果對稱允許，最有利的隧穿泄漏路徑由具有最小虛波矢量的倏逝態提供。這是由連接導帶邊緣和光孔帶邊緣的虛帶分支給出的。這在圖 1.5A中清晰可見，其中 InAs 重孔和輕孔帶由于小應變而略微分裂（我們故意將 InAs 應變到 GaSb 襯底晶格常數）。通常，通過比較 InAs 和圖 1.5中的 GaSb. 或者，可以說較大的導帶有效質量也導致減少的隧穿，因為具有較大帶隙的半導體也具有較大的導帶有效質量。小虛波矢量與小帶隙相關的事實是基于窄帶隙體半導體的LWIR同質結pn二極管遇到隧道泄漏問題的根本原因。
我們接下來檢查超晶格能帶結構，以了解如何減少 LWIR II 型超晶格中的隧穿泄漏。圖 1.6顯示了 (22,6)-InAs/GaSb LWIR 超晶格的能帶結構，使用增強的有效鍵軌道模型計算（Cartoixà等人， 2003 年））。計算不包括空間電荷效應（由斷隙排列引起的從GaSb到InAs的電荷轉移）、界面類型或界面擴散，并且受能帶結構模型的限制和材料精度的不確定性參數。因此，與本工作中提出的其他能帶結構計算一樣，在與實驗結果進行比較時，應僅將其視為半定量。超晶格能帶結構區別于典型體半導體的一個顯著特征是在區域中心的最高重空穴帶（HH1）和最高輕空穴帶（LH1）的分裂。雖然紅外吸收邊緣由最低導帶（C1）和HH1帶之間的間隙決定，電子有效質量由C1-LH1間隙決定。在無應變體半導體中，這兩個間隙是相同的。在超晶格中，較大的 C1-LH1 間隙導致相對于具有相同基本帶隙的體半導體的電子有效質量顯著更大。較大的電子有效質量有利于減少帶間隧穿以及陷阱輔助隧穿。