Verbindingshalfgeleider van indium en fosfor. Dient als substraat waarop onder meer InGaAs rooster-aangepast wordt gegroeid en wordt gebruikt voor lasers en fotodetectoren voor glasvezelcommunicatie en voor snelle transistors.
Japanse benaming: InP(リン化インジウム)
“InP (indiumfosfide)” komt voor in 13 oefenvragen uit 4 onderwerpen, bijv. Verbindingshalfgeleiders, Halfgeleiderfysica, Siliciumfotonica.
Vakgebied: Verbindingshalfgeleiders
Indiumfosfide is een III-V-verbindingshalfgeleider met een zinkblende-kristalstructuur, een directe bandgap van ongeveer 1,34 eV bij kamertemperatuur en een roosterconstante van ongeveer 0,587 nm. De warmtegeleiding, ongeveer 68 W/(m·K), is minder dan de helft van die van silicium, dus warmteafvoer vraagt aandacht in vermogenscomponenten. Grote kristallen met weinig defecten groeien en daarbij voorkomen dat fosfor verdampt, is moeilijk, dus InP-wafers hebben doorgaans een diameter van 100–150 mm, veel kleiner dan siliciumwafers van 300 mm. Dat houdt de kosten per chip hoog en de apparatuur gespecialiseerd.
Glasvezel heeft de laagste dispersie rond 1,3 µm en het laagste verlies, ongeveer 0,2 dB/km, rond 1,55 µm. Silicium kan niet efficiënt licht uitzenden omdat de bandgap indirect is, en absorbeert nauwelijks boven ongeveer 1,1 µm. Legeringen die rooster-aangepast op InP worden gegroeid, vullen dit gat: In0.53Ga0.47As, met een bandgap van ongeveer 0,75 eV, absorbeert tot ongeveer 1,7 µm voor fotodiodes, en de samenstelling van InGaAsP bepaalt de werkgolflengte van lasers en modulatoren. De wet van Vegard geeft de samenstelling die bij het InP-rooster past, waardoor dislocaties worden vermeden, zelfs in dikke lagen.
Beide zijn III-V-substraten met een directe bandgap, maar ze bedienen verschillende niches. GaAs is rooster-aangepast aan AlGaAs en InGaP, zendt uit bij kortere nabij-infrarode golflengten rond 850 nm die worden gebruikt in verbindingen over korte afstand, en de InGaP/GaAs-HBT's ervan domineren de vermogensversterkers in smartphones. InP ondersteunt de telecombanden van 1,3 en 1,55 µm en snellere transistors: InGaAs-kanalen op InP halen voor HEMT's een elektronenmobiliteit rond 10.000 cm²/V·s, en InP-HBT's halen transitiefrequenties van enkele honderden GHz, wat optische verbindingen boven 100 Gb/s en millimetergolf- en terahertzschakelingen aandrijft.
Siliciumfotonica bouwt golfgeleiders, modulatoren en germanium-fotodetectoren in fabs in CMOS-stijl, maar heeft nog steeds een lichtbron nodig. Directe groei van InP op silicium lijdt onder een roosterverschil van ongeveer 8 procent, dus wordt InP op andere manieren geïntegreerd. Bij heterogene integratie worden epitaxiale lagen op basis van InP op een SOI-wafer gebonden, wordt het InP-substraat verwijderd en worden lasers gepatroneerd met lithografie die is uitgelijnd op de siliciumgolfgeleiders, waarbij het licht via tapers wordt gekoppeld. Als alternatief worden afgewerkte InP-laserchips apart bevestigd. Omdat indium en fosfor een verontreinigingsrisico vormen, worden zulke stappen gescheiden gehouden van de reguliere CMOS-lijnen.
Antwoord: A. Lasers en fotodetectoren voor glasvezelcommunicatie
Bij InGaAsP en vergelijkbare materialen op een InP-substraat kan de bandgap via de samenstelling worden afgestemd. Zij kunnen licht uitzenden en detecteren in de banden rond 1,3 µm (geringe dispersie) en 1,55 µm (minimale verzwakking van circa 0,2 dB/km), waar de verliezen in glasvezel klein zijn. Daarom worden ze gebruikt voor halfgeleiderlasers, modulatoren en fotodiodes voor optische communicatie, en neemt hun belang toe door de groeiende vraag naar optische transceivers voor datacenters. Ze worden ook toegepast in ultrasnelle HBT's en HEMT's.
Antwoord: B. Snelle hoogfrequente schakelingen voor optische en draadloze communicatie
Bij HBT's van verbindingshalfgeleiders onderdrukt een emitter met brede bandgap de teruginjectie van gaten, zodat de basis hoog gedoteerd en dun kan zijn, en de hoge elektronenmobiliteit maakt ze snel. HBT's op basis van GaAs (InGaP/GaAs) werken met een enkele voeding en hebben een hoog rendement; zij vormen de hoofdmoot van zendvermogensversterkers in smartphones. HBT's op basis van InP, met een fT van enkele honderden GHz, worden gebruikt in elektronische schakelingen voor optische communicatie boven 100 Gb/s en in onderzoek aan terahertzbanden.
Legeringen zoals InGaAsP en InGaAs die rooster-aangepast op InP worden gegroeid, hebben bandgaps die overeenkomen met de glasvezelvensters van 1,3 µm en 1,55 µm, en hun directe bandgap zendt efficiënt licht uit. Silicium kan niet efficiënt licht uitzenden en absorbeert niet bij deze golflengten.
Ja. InP heeft een directe bandgap van ongeveer 1,34 eV bij kamertemperatuur, dus elektronen en gaten kunnen stralend recombineren zonder dat er een fonon nodig is.
GaAs is het substraat voor lichtbronnen met kortere golflengten rond 850 nm en voor HBT's in vermogensversterkers van smartphones, terwijl InP de telecomgolflengten van 1,3–1,55 µm en de snelste III-V-transistors ondersteunt. InP-wafers zijn over het algemeen kleiner en duurder.
Bij InGaAsP en vergelijkbare materialen op een InP-substraat kan de bandgap via de samenstelling worden afgestemd.
Waarvoor worden verbindingshalfgeleiders op basis van InP (…HBT's op basis van InP, met een fT van enkele honderden GHz, worden gebruikt in elektronische schakelingen voor optische communicatie boven 100 Gb/s en in onderzoek aan terahertzbanden.
Welke toepassing is een voorbeeld van het gebruik van HBT's…Door de samenstelling aan te passen, zoals bij In0,53Ga0,47As, kan de roosterconstante van InGaAs vrijwel gelijk worden gemaakt aan die van InP (circa 0,587 nm); dit heet roosterafstemming.
Welk voordeel heeft het roosterafgestemd laten groeien van …Daarom worden voor LED’s en lasers materialen met directe overgang gebruikt, zoals GaAs, InP en GaN.
Welk type bandstructuur heeft silicium?Hierom worden bij siliciumfotonica InP e.d.
Wat is de juiste reden dat bij een halfgeleider met indirec…Bandgap (bandkloof) GaAs (galliumarsenide) GaN (galliumnitride) Via Siliciumfotonica SiC (siliciumcarbide) HBT (heterojunctie-bipolaire transistor) HEMT (high electron mobility transistor) CMOS Indirecte bandovergang (indirect bandgap)