InGaAs，即銦鎵砷，是砷化鎵和砷化銦的合金。從更廣義上講，它屬于 InGaAsP 四元系，由砷化銦 (InAs)、砷化鎵 (GaAs)、磷化銦 (InP) 和磷化鎵 (GaP) 的合金組成。由于鎵和銦屬于元素周期表的 III 族，而砷和磷屬于 V 族，因此這些二元材料及其合金都是 III-V 化合物半導(dǎo)體。

在很大程度上，半導(dǎo)體的電學(xué)和光學(xué)特性取決于其能帶隙以及能帶隙是“直接”還是“間接”。 InGaAsP 四元系統(tǒng)的 4 個(gè)二元成員的能帶隙范圍從 0.33 eV(InAs)到 2.25 eV(GaP)，其中 InP(1.29 eV)和 GaAs(1.43 eV)介于兩者之間。在 SUI，我們強(qiáng)調(diào)光電探測(cè)器，因此我們關(guān)心半導(dǎo)體的光學(xué)特性。半導(dǎo)體只能檢測(cè)光子能量大于能帶隙的光，或者換句話說(shuō)，波長(zhǎng)短于與能帶隙相關(guān)的截止波長(zhǎng)的光。對(duì)于 InAs，這種“長(zhǎng)波長(zhǎng)截止”為 3.75 μm，對(duì)于 GaP，為 0.55 μm，其中 InP 為 0.96 μm，GaAs 為 0.87 μm。

通過(guò)混合兩種或多種二元化合物，可以將所得三元和四元半導(dǎo)體的性質(zhì)調(diào)整到中間值。挑戰(zhàn)在于，不僅能帶隙取決于合金成分，而且所得晶格常數(shù)也取決于此。對(duì)于我們的四個(gè)朋友，晶格常數(shù)范圍從 5.4505 ? (GaP) 到 6.0585 ? (InAs)，其中 GaAs 為 5.6534 ?，InP 為 5.8688 ?。圖 1 顯示了 InGaAsP 家族中 4 種三元合金的晶格常數(shù)與長(zhǎng)波長(zhǎng)截止之間的關(guān)系。

讓我們回到 InGaAs

InAs/GaAs 合金稱為 InxGa1-xAs，其中 x 是 InAs 的比例，1-x 是 GaAs 的比例。這些合金的晶格常數(shù)和長(zhǎng)波長(zhǎng)截止值在圖 1 中用紅線表示。挑戰(zhàn)在于，雖然可以通過(guò)多種技術(shù)制造 InxGa1-xAs 薄膜，但需要基板來(lái)支撐薄膜。如果薄膜和基板不具有相同的晶格常數(shù)，則薄膜的性能將嚴(yán)重下降。

出于多種原因，InxGa1-xAs方便的基板是 InP。可提供直徑高達(dá) 100 毫米的高質(zhì)量 InP 基板。含有 53% InAs 的 InxGa1-xAs 通常被稱為“標(biāo)準(zhǔn) InGaAs”，無(wú)需注意“x”或“1-x”的值，因?yàn)樗哂信c InP 相同的晶格常數(shù)，因此這種組合可產(chǎn)生非常高質(zhì)量的薄膜。

標(biāo)準(zhǔn) InGaAs 的截止波長(zhǎng)較長(zhǎng)，為 1.68 μm。這意味著，它對(duì)信號(hào)散射最少且在玻璃光纖中傳輸距離最遠(yuǎn)的光波長(zhǎng)敏感(1.3 μm 和 1.55 μm)，因此可以檢測(cè)“人眼安全”激光(波長(zhǎng)長(zhǎng)于 1.4 μm)。這是檢測(cè)夜空自然光的最佳波長(zhǎng)帶。SUI 的核心產(chǎn)品線基于由標(biāo)準(zhǔn) InGaAs 制成的 PIN 和雪崩光電二極管以及光電二極管陣列。花點(diǎn)時(shí)間瀏覽網(wǎng)站的其余部分，了解 SUI 的眾多產(chǎn)品，包括區(qū)域和線掃描相機(jī)、一維和二維焦平面陣列以及高速光電二極管和接收器。

什么是“擴(kuò)展波長(zhǎng)”InGaAs?為什么要這樣做?

標(biāo)準(zhǔn) InGaAs 的截止波長(zhǎng)為 1.68 μm。許多應(yīng)用需要檢測(cè)波長(zhǎng)更長(zhǎng)的光。一個(gè)重要的例子是通過(guò)測(cè)量 1.9 μm 處的吸水率來(lái)測(cè)量農(nóng)產(chǎn)品中的水分含量。另一個(gè)例子是“LIDAR”(光檢測(cè)和測(cè)距)，用于飛機(jī)檢測(cè)晴空湍流。LIDAR 系統(tǒng)通常使用發(fā)射波長(zhǎng)為 2.05 μm 的光的激光器。具有更長(zhǎng)截止波長(zhǎng)的 InxGa1-xAs 稱為“擴(kuò)展波長(zhǎng) InGaAs”。

似乎只需在混合物中添加一點(diǎn) InAs 即可，但這并不容易。這會(huì)增加薄膜的晶格常數(shù)，導(dǎo)致與基板不匹配，從而降低薄膜的質(zhì)量。SUI 投入了大量精力來(lái)學(xué)習(xí)如何生產(chǎn)高質(zhì)量的擴(kuò)展波長(zhǎng) InGaAs，這反映在我們的產(chǎn)品中。圖 2 總結(jié)了我們的努力成果。圖 2 顯示了標(biāo)準(zhǔn) InGaAs 的量子效率(藍(lán)色)以及兩種擴(kuò)展波長(zhǎng)合金的量子效率，X=0.74(綠色)和 X=0.82(紅色)。圖中還顯示了硅的光譜響應(yīng)。正如我們常說(shuō)的，“InxGa1-xAs 從硅停止的地方開始。”

審核編輯 黃宇