砷化鎵（GaAs）

《砷化鎵（GaAs）》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、砷化鎵（GaAs）砷化鎵單晶的導帶為雙能谷結(jié)構，其最低能谷位于第一布里淵區(qū)中心，電子有效質(zhì)量是0.068m0(m0為電子質(zhì)量，見載流子)，次低能谷位于<111>方向的L點，較最低能谷約高出0.29eV，其電子有效質(zhì)量為0.55m0，價帶頂約位于布里淵區(qū)中心，價帶中輕空穴和重空穴的有效質(zhì)量分別為0.082m0和0.45m0。較純砷化鎵晶體的電子和空穴遷移率分別為8000cm2/(V·s)和100～300cm2/(V·s)，少數(shù)載流子壽命為10-2～10-3μs。在其中摻入Ⅵ族元素Te、Se、S等或Ⅳ族元素Si，可獲得N型半導體，

2、摻入Ⅱ族元素Be、Zn等可制得P型半導體，摻入Cr或提高純度可制成電阻率高達107～108Ω·cm的半絕緣材料。由于GaAs具有很高的電子遷移率，故可用于制備高速或微波半導體器件。砷化鎵還用于制作耐高溫、抗輻照或低噪聲器件，以及近紅外發(fā)光和激光器件，也用于作光電陰極材料等。更重要的是它將成為今后發(fā)展超高速半導體集成電路的基礎材料。制備GaAs單晶的方法有區(qū)熔法和液封直拉法。用擴散、離子注入、氣相或液相外延及蒸發(fā)等方法可制成PN結(jié)、異質(zhì)結(jié)、肖特基結(jié)和歐姆接觸等。近十余年來，由于分子束外延和金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)技術的

3、發(fā)展，可在GaAs單晶襯底上制備異質(zhì)結(jié)和超晶格結(jié)構，已用這些結(jié)構制成了新型半導體器件如高電子遷移率晶體管(HEMT)、異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT)及激光器等，為GaAs材料的應用開發(fā)了更廣闊的前景。采用氣相沉積或液相沉積等方法，使鎵、砷源或其衍生物在以砷化鎵或其他材料為襯底的表面上生長砷化鎵或其他材料的單晶薄膜，統(tǒng)稱為砷化鎵外延材料。襯底和外延層如由同一種材料構成的則稱為同質(zhì)結(jié)外延層，如由不同材料構成則稱為異質(zhì)結(jié)外延層。外延材料可以是單層結(jié)構，也可以是多層結(jié)構。外延材料的制備方法主要有氣相外延法和液相外延法。隨著技術進步和應用

4、的擴大，為適應寬禁帶、多元化合物、量子阱和超晶格結(jié)構等器件制造的需要，大力探索和開發(fā)金屬有機物氣相沉積和分子束外延等新技術得到迅速發(fā)展。氣相外延法：通過氣相輸運和氣相反應來實現(xiàn)薄膜生長的一種工藝過程。通常采用氯化物法和氫化物法生長砷化鎵外延層，Ga-AsCl3-H2已成為氯化物法的代表工藝，其特點是易于實現(xiàn)高純生長。1970年美國麻省理工學院華爾夫(Walf)得到砷化鎵氣相外延層的電子濃度和電子遷移率為n77k＝7×1013cm-3和μ77k＝2.1×105cm2/(V·s)。液相外延法：在一定溫度下的砷化鎵飽和溶液，通過降溫

5、使溶液過飽和，則在砷化鎵襯底上按一定的晶向生長砷化鎵薄膜。據(jù)1969年的報道結(jié)果是：77K時的電子濃度和電子遷移率為n77k＝7.6×1012cm-3、μ77k＝1.75×105cm2/(V·s)。金屬有機化合物氣相沉積法：用氫氣把三甲基鎵或三乙基鎵和砷烷一起輸送到反應區(qū)，經(jīng)分解和相互作用，在砷化鎵襯底沉積砷化鎵薄膜的方法。其優(yōu)點是改變原料氣體的種類和濃度，容易控制生長晶體薄膜的組分和各種特性。分子束外延法：將熱分子束和原子束流在超高真空中入射到砷化鎵襯底的表面上，由于相互作用而生長具有原子層級的砷化鎵超薄層外延材料。其主要優(yōu)

6、點是可以生長出原子層水平的超薄層單晶膜，可嚴格控制膜層的厚度、組分和結(jié)構，還可用組分漸變層或應變超晶格結(jié)構來消除由于晶格失配而造成的位錯，因此該法非常適合于制作光電器件、微波器件、量子阱和超晶格結(jié)構材料。砷化鎵是最重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料，其晶格結(jié)構為閃鋅礦型，晶格常數(shù)為5.65?，其解理面為{110}面，原子間的結(jié)合以共價鍵為主，伴有明顯的離子鍵成分.在<111>方向上有極性，由于極性的存在使砷化鎵的腐蝕和晶體生長速率都要受到影響。砷化鎵禁帶寬度大，為1.43eV，電子遷移率高達8800cm2/V·s，少數(shù)載流子壽命短

7、，因而它是制作高溫、高頻、抗輻射和低噪聲器件的良好材料.特別是它的能帶具有雙能谷結(jié)構，又屬于直接帶隙材料，故可制作體效應器件，高效激光器和紅外光源.砷化鎵還可用來制作雪崩二極管、場效應晶體管、變?nèi)荻O管、勢壘二極管等微波器件和太陽電池等。與鍺、硅相比，砷化鎵具有更高的電子遷移率，因此它是制作高速計算機用集成電路的重要材料。砷化鎵的熔點較高(1237℃)，其中的砷易揮發(fā)，因而從熔體中生長砷化鎵晶體時要適當控制生長室的砷壓以防止砷的逸出.在高壓單晶爐中采用三氧化二硼液體密封法和水平Bridgman法都可生長出較大直徑的砷化鎵單晶.

8、砷化鎵中雜質(zhì)和缺陷的性質(zhì)比較復雜，它的純度和晶體完整性仍有不少問題需要深入研究。