文献综述
1 引言
InGaAs是一种重要的三元III-V族半导体材料。III-V族半导体是由第III族元素和第V族元素组成的合金化合物，常见的元素有Al、Ga、P、N等，由这些元素可以组成多元合金半导体如GaAs、InP、InGaAs等。Ⅲ-Ⅴ族化合物 InGaAs 属于直接带隙合金半导体材料，它的结构为典型的闪锌矿型。该结构是由两套相同的面心阵列沿着对角线方向向上延伸1/4长度相互交错组合起来的闪锌矿型，它的电子迁移率、量子效率等性能都非常高，并且具有良好的光电效应和抗辐照特性，此类晶体主要是以共价键的形式键合，但是由于三价原子比五价原子电负性更低，因而有离子键的成分存在。因此，III-V族材料在电场中容易产生极化效应。
三元混晶是半导体材料，具有两个独立的组分变量，它的晶格常数、禁带宽度和介电常数等物理性质可以通过改变混晶中各元素的组分而更方便地进行人为改变。这些材料具有优异的物理性质，主要用于制备卫星探测器、红外成像器件等领域，在信息技术行业和军事航空以及人们的日常生活中有着重要的作用。使用III-V族化合物半导体光电阴极的光电器件在光纤通信、医学、夜视以及其他科研领域内有着广泛的用途。[1] [2] [3]
2 InGaAs材料的研究进展
从20世纪60年代的发展起来的光纤通信技术，极大地推动了InGaAs 材料及相关光电器件的发展。其中，配合光纤通信工作波段的变化是人们研究 InGaAs 的主要目的。在20世纪60年代，人们开始采用气相沉积（Vapor Phase Deposition）方法在GaAs 衬底上生长不同In组分的 InGaAs 外延薄膜，初步掌握了组分的调控方法。虽然当时已经可以量产高质量的GaAs衬底，GaAs 基器件的制备工艺也有较高的良品率，但是外延层和衬底之间的晶格失配（-1.4%）会引入大量的材料缺陷。为有效缓解这一问题，人们设计出了组分阶梯变化的缓冲层来释放晶格失配导致的应力，获得了高性能材料可靠的外延技术。
20世纪90年代之后，InGaAs 材料的基础研究工作已经相对完善，它的应用从光纤通信，逐渐拓展至光谱分析、卫生医疗、食品安全等领域。其中以 APD，PIN为代表的光电探测器件发挥了至关重要的作用。近些年应用在微光夜视领域的非制冷低噪声 InGaAs 焦平面探测器（Focal Plane Arrays，FPA）得到了极大发展。近几年比较火热的激光雷达（Light Detection and Ranging，LiDAR）技术把 InGaAs APD 作为主要的探测元件，有机会在无人驾驶、仓储物流等领域大展身手。综上所述，具备非制冷工作、性能优异、材料和器件工艺相对成熟等特点的 InGaAs 探测器，拥有较强的融入光电探测系统的能力，受到了新应用的青睐。不论 InGaAs 光电器件如何发展，高质量的外延材料是实现优良性能的基础。
目前商业化的 III-V 族外延生长技术以 MOCVD 为主。近些年的最大亮点是针对 5G 技术的需求，MBE生长的 InAlAs/InGaAs/InP 异质结双极型晶体管（Heterojunction Bipolar Transistor, HBT）以及赝配高电子迁移率晶体管（Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor，pHEMT）器件得到了广泛应用。国内使用MBE研究、生产光电半导体材料的公司如武汉高德红外，所研制的制冷型长波红外二类超晶格焦平面探测器产品已经在售；此外，华为海思高锟实验室主要进行量子点方面的研究；武汉锐晶、苏州新磊、苏州焜原光电和浙江超晶晟锐等公司正在开展 III-V 族激光器、二类超晶格探测器方面的研制工作。
我国的高性能 InGaAs 外延材料的研制能力相对薄弱，这是制约我们自主发展高端红外光电探测技术的重要因素之一。许多科研单位和企业都在研发InGaAs 探测器技术，例如中电 13所、44所、55所，中科院半导体所等。[16]
3 InGaAs光电阴极在近红外探测中的应用
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