拓展波段短波红外相机SWIR1503CU-2.2光谱响应为什么能达到2200nm
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标准InGaAs短波红外相机采用与InP衬底晶格匹配的In0.53Ga0.47As材料，其响应波段为900-1700nm。现已在光纤通信、夜视成像等领域得到广泛应用。然而，随着激光技术迭代、高端精密制造升级、矿物勘探等应用需求的增长，将探测波段拓展至1.7μm以上成为迫切需求。
阿秒科技推出的SWIR1503CU-2.2相机是拓展到2200nm波段的短波红外相机。光谱覆盖1200 -2200nm，在1900nm处QE达70%。-50℃ TEC制冷有效抑制暗电流，在同类2200nm相机中具领先优势。下面将分析拓展波段相机采用的技术及工艺。
一、调整In组分减小带隙
InGaAs的禁带宽度随In组分升高而减小，吸收截止波长相应红移，因此提高In组分可使截止波长从1.7 μm拓展至2.2 μm以上。其中，高In组分引入的晶格失配可通过缓冲层工艺优化与衬底质量调控来抑制缺陷，提高芯片的性能。
二、缓冲层与衬底质量调控
1、 渐变缓冲层策略
为缓解高In组分InGaAs与InP衬底间的晶格失配，研究者发展了多种缓冲层方案。传统方法包括连续渐变缓冲层和台阶连续渐变缓冲层两种方案。研究表明，采用台阶与连续渐变组合的缓冲层结构，能够有效降低材料表面粗糙度，同时实现器件暗电流的抑制。
Li Wenlong 等人利用 MOCVD 工艺，在 InP 衬底上生长不同结构的 InₓAl1-xAs 过渡层，制备高铟组分 InGaAs 外延材料。实验结果表明，过渡层结构设计会直接决定外延片的表面形貌与组分均匀性。
2、缓冲层组分过冲技术
中国科学院上海技术物理研究所陈晓娟团队通过大幅提高线性渐变InₓAl₁₋ₓAs缓冲层的过冲组分，显著提升了截止波长2.2 μmIn₀.₇₅Ga₀.₂₅As 焦平面阵列的性能。使器件在较短的<2200nm截止波长范围内能够在相对较高的温度下工作。
3、衬底粗糙度与晶圆翘曲控制
除缓冲层设计外，衬底表面粗糙度的非均匀性会影响外延层的少子寿命及光学均匀性。同时，大面阵芯片生长过程中的应力积累易引发晶圆翘曲，损害光刻与倒装焊工艺精度。通过应变调控技术，可有效控制翘曲，保证640×512面阵的工艺成品率。
三、结论
SWIR1503CU-2.2之所以能将光谱响应拓展至2200nm，根本在于提高In组分以缩小带隙，通过缓冲层与衬底质量调控，有效遏制了晶格失配带来的缺陷。该相机为需要2200nm拓展短波红外探测的工业检测、激光识别与光谱分析等领域提供了高性能国产方案。
主要参考文献：
-Chen X, Liu B, Cheng J, et al. Enhanced Performance of Extended Wavelength InₓGa₁₋ₓAs Focal Plane Arrays via Compositional Overshooting of InₓAl₁₋ₓAs Buffer Layer[J]. IEEE Journal of Quantum Electronics, 2025, 61.
- Meng Q, El-Jaroudi R H, Dadey A D, et al. Extended wavelength photodiodes in the B-III–V material system[J]. Applied Physics Letters, 2025.
- Li W, Liu L, Chen J, et al. Optimized wavelength-extended high-In component InGaAs epitaxial film with designed InAlAs transition layer structure[C]. SPIE/COS Photonics Asia, 2025.
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