AlSb/GaSb超晶格的结构与光学表征：高分辨率X射线衍射与拉曼光谱揭示应变弛豫早期机制

本研究通过高分辨率X射线衍射(HRXRD)、X射线反射率(XRR)和拉曼光谱技术，系统分析了分子束外延生长的AlSb/GaSb应变超晶格。研究人员发现超晶格峰宽度与模拟值高度吻合，但倒易空间映射揭示了"耳状"漫散射特征，表明存在低密度位错的早期弛豫阶段。研究证实AlSb层厚度对位错密度影响显著，而晶格失配影响可忽略，同时发现表面粗糙度与位错密度正相关。该工作为红外光电探测器电子势垒材料的优化生长提供了重要指导。

　　

在红外光电探测器领域，AlSb/GaSb超晶格作为电子势垒层具有关键作用，但其晶体质量直接影响器件性能。传统表征方法往往难以捕捉应变弛豫的早期特征，且关于层厚与缺陷形成的定量关系尚不明确。这些问题制约着中短波红外探测器性能的提升，特别是在高温工作条件下的暗电流控制方面。

波兰的研究团队在《Applied Surface Science》发表论文，通过HRXRD、XRR和拉曼光谱联用技术，对9组不同厚度的AlSb/GaSb超晶格进行了系统表征。研究采用分子束外延(MBE)生长样品，使用三轴几何配置的X'Pert PRO衍射仪进行HRXRD和RSM测量，XRR分析表面粗糙度，488nm激光激发拉曼光谱检测界面混合情况。

在HRXRD结果部分，研究发现所有样品均显示清晰的超晶格峰，FWHM_SL0与FWHM_SL+1与模拟值偏差<4%，表明晶体质量优良。但(004)反射的对称RSM揭示了"耳状"漫散射，经分析这是60°位错导致的早期弛豫特征。值得注意的是，当AlSb厚度≥8ML时，漫散射强度显著增加，而GaSb厚度变化影响较小。通过建立D/D_C（实际厚度/临界厚度）与I_excess的关系，发现当D/D_C>2时位错密度急剧上升。

XRR分析显示表面粗糙度(RMS)与位错密度呈正相关，从0.45nm(#E3)到0.90nm(#E8)。特别发现AlSb/GaSb厚度比为0.5的样品(#E3-#E5)具有最低粗糙度，而比值倒置的#E9(8/4ML)则表现出异常高的粗糙度。

拉曼光谱研究揭示了有趣的层厚效应：AlSb-LO模在≥5ML时出现明显频移(最大2cm^-1)，而GaSb-LO模仅在4ML时显示应变效应。通过建立Ga_(1-x)Al_xSb界面层的校准曲线，发现存在两种混合界面：GaSb-on-AlSb界面铝含量较低(x_Al=0.07-0.22)，而AlSb-on-GaSb界面则富含铝(x_Al>0.77)。

该研究的创新性在于首次系统揭示了AlSb/GaSb超晶格早期弛豫的动态特征，建立了层厚-缺陷密度-表面粗糙度的定量关系。特别重要的是发现AlSb层厚（而非晶格失配）是位错形成的主控因素，这对MBE生长参数优化具有直接指导意义。拉曼结果证实界面混合的固有不对称性，为理解超晶格界面工程提供了新视角。这些发现将助力开发更稳定的红外探测器势垒层，特别是对于需要高温工作的军事和航天应用场景。研究展示的多技术联用策略也为其他半导体异质结构的质量评估提供了范式。