InGaAs，即銦鎵(jia)砷(shen)(shen)，是砷(shen)(shen)化(hua)(hua)(hua)鎵(jia)和(he)砷(shen)(shen)化(hua)(hua)(hua)銦的(de)合(he)(he)金(jin)。從更廣(guang)義上講(jiang)，它屬(shu)(shu)于(yu) InGaAsP 四元(yuan)系(xi)，由砷(shen)(shen)化(hua)(hua)(hua)銦 (InAs)、砷(shen)(shen)化(hua)(hua)(hua)鎵(jia) (GaAs)、磷(lin)化(hua)(hua)(hua)銦 (InP) 和(he)磷(lin)化(hua)(hua)(hua)鎵(jia) (GaP) 的(de)合(he)(he)金(jin)組(zu)成。由于(yu)鎵(jia)和(he)銦屬(shu)(shu)于(yu)元(yuan)素(su)周期(qi)表的(de) III 族，而砷(shen)(shen)和(he)磷(lin)屬(shu)(shu)于(yu) V 族，因(yin)此這些二元(yuan)材料及其(qi)合(he)(he)金(jin)都(dou)是 III-V 化(hua)(hua)(hua)合(he)(he)物(wu)半導體。

在很大(da)程(cheng)度(du)上，半導(dao)(dao)體的(de)(de)電(dian)學(xue)和(he)光學(xue)特性取決(jue)于其(qi)能(neng)(neng)帶(dai)(dai)隙以(yi)及能(neng)(neng)帶(dai)(dai)隙是(shi)“直(zhi)接”還是(shi)“間(jian)(jian)接”。 InGaAsP 四元(yuan)系統的(de)(de) 4 個二(er)元(yuan)成(cheng)員的(de)(de)能(neng)(neng)帶(dai)(dai)隙范圍從(cong) 0.33 eV（InAs）到 2.25 eV（GaP），其(qi)中(zhong) InP（1.29 eV）和(he) GaAs（1.43 eV）介于兩者之間(jian)(jian)。在 SUI，我們強調光電(dian)探(tan)測器，因此我們關心半導(dao)(dao)體的(de)(de)光學(xue)特性。半導(dao)(dao)體只能(neng)(neng)檢測光子能(neng)(neng)量(liang)大(da)于能(neng)(neng)帶(dai)(dai)隙的(de)(de)光，或者換句話說(shuo)，波長(chang)短于與(yu)能(neng)(neng)帶(dai)(dai)隙相關的(de)(de)截止波長(chang)的(de)(de)光。對(dui)于 InAs，這種“長(chang)波長(chang)截止”為(wei) 3.75 µm，對(dui)于 GaP，為(wei) 0.55 µm，其(qi)中(zhong) InP 為(wei) 0.96 µm，GaAs 為(wei) 0.87 µm。

通過混合(he)兩種(zhong)或多種(zhong)二元化合(he)物，可(ke)以將所得(de)三元和(he)四元半導(dao)體的(de)性質調整到(dao)(dao)中間值。挑戰(zhan)在于，不僅能(neng)帶(dai)隙取決于合(he)金成分，而(er)且所得(de)晶(jing)格(ge)常數也取決于此。對于我們的(de)四個朋友，晶(jing)格(ge)常數范圍從 5.4505 Â (GaP) 到(dao)(dao) 6.0585 Â (InAs)，其中 GaAs 為 5.6534 Â，InP 為 5.8688 Â。圖 1 顯示了 InGaAsP 家族中 4 種(zhong)三元合(he)金的(de)晶(jing)格(ge)常數與長(chang)波長(chang)截止之間的(de)關系。

讓我們回到 InGaAs

InAs/GaAs 合(he)金(jin)稱為(wei) InxGa1-xAs，其中(zhong) x 是(shi) InAs 的比(bi)例，1-x 是(shi) GaAs 的比(bi)例。這些合(he)金(jin)的晶(jing)格(ge)常數(shu)和長波長截(jie)止值在圖(tu) 1 中(zhong)用紅線表示。挑戰在于，雖然可以通(tong)過(guo)多種(zhong)技(ji)術制造 InxGa1-xAs 薄(bo)膜，但需要基板來支(zhi)撐薄(bo)膜。如果薄(bo)膜和基板不具有相同的晶(jing)格(ge)常數(shu)，則薄(bo)膜的性(xing)能將嚴重(zhong)下降。

出于多種原因，InxGa1-xAs方便的(de)基(ji)板是 InP。可提(ti)供直徑(jing)高達 100 毫米的(de)高質量(liang) InP 基(ji)板。含有 53% InAs 的(de) InxGa1-xAs 通常被(bei)稱為“標準 InGaAs”，無需注意“x”或(huo)“1-x”的(de)值，因為它具有與 InP 相同的(de)晶格常數，因此這種組合可產(chan)生非常高質量(liang)的(de)薄膜。

標準(zhun) InGaAs 的(de)(de)截止(zhi)波(bo)長(chang)(chang)(chang)較長(chang)(chang)(chang)，為 1.68 µm。這意味著，它對信號散射最(zui)少且(qie)在玻璃光(guang)(guang)(guang)纖(xian)中傳輸距(ju)離最(zui)遠的(de)(de)光(guang)(guang)(guang)波(bo)長(chang)(chang)(chang)敏感（1.3 µm 和 1.55 µm），因此可以檢(jian)測(ce)“人眼(yan)安全”激光(guang)(guang)(guang)（波(bo)長(chang)(chang)(chang)長(chang)(chang)(chang)于 1.4 µm）。這是檢(jian)測(ce)夜空(kong)自然(ran)光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)最(zui)佳波(bo)長(chang)(chang)(chang)帶(dai)。SUI 的(de)(de)核(he)心產(chan)品線(xian)基于由標準(zhun) InGaAs 制成(cheng)的(de)(de) PIN 和雪崩光(guang)(guang)(guang)電二極管(guan)以及光(guang)(guang)(guang)電二極管(guan)陣列。花點時間瀏覽網站的(de)(de)其余部分，了解 SUI 的(de)(de)眾多產(chan)品，包括區域和線(xian)掃描相機、一維和二維焦平面(mian)陣列以及高速光(guang)(guang)(guang)電二極管(guan)和接收器。

什么是“擴展波長”InGaAs？為什么要這樣做？

標準 InGaAs 的(de)截止波(bo)長為(wei) 1.68 µm。許多應(ying)用(yong)(yong)需(xu)要檢測波(bo)長更(geng)長的(de)光(guang)(guang)。一(yi)個(ge)(ge)重要的(de)例子是通(tong)過測量 1.9 µm 處的(de)吸水率來測量農產(chan)品中的(de)水分(fen)含量。另一(yi)個(ge)(ge)例子是“LIDAR”（光(guang)(guang)檢測和測距），用(yong)(yong)于飛機檢測晴空湍流(liu)。LIDAR 系統(tong)通(tong)常使用(yong)(yong)發射波(bo)長為(wei) 2.05 µm 的(de)光(guang)(guang)的(de)激光(guang)(guang)器。具(ju)有(you)更(geng)長截止波(bo)長的(de) InxGa1-xAs 稱為(wei)“擴展波(bo)長 InGaAs”。

似乎只(zhi)需在(zai)混合物中(zhong)添加一點 InAs 即可(ke)，但這并不(bu)容(rong)易。這會增加薄(bo)膜的(de)(de)(de)(de)晶格常數，導(dao)致與基板不(bu)匹配，從而降低(di)薄(bo)膜的(de)(de)(de)(de)質量(liang)(liang)。SUI 投(tou)入(ru)了(le)大(da)量(liang)(liang)精力(li)來學習如(ru)何(he)生產(chan)高質量(liang)(liang)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)展波(bo)長 InGaAs，這反映在(zai)我(wo)們的(de)(de)(de)(de)產(chan)品中(zhong)。圖 2 總(zong)結了(le)我(wo)們的(de)(de)(de)(de)努力(li)成(cheng)果。圖 2 顯示了(le)標準(zhun) InGaAs 的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)子效率（藍色(se)）以及兩種擴(kuo)展波(bo)長合金的(de)(de)(de)(de)量(liang)(liang)子效率，X=0.74（綠(lv)色(se)）和(he) X=0.82（紅色(se)）。圖中(zhong)還顯示了(le)硅的(de)(de)(de)(de)光譜響應。正如(ru)我(wo)們常說的(de)(de)(de)(de)，“InxGa1-xAs 從硅停止的(de)(de)(de)(de)地方(fang)開始。”