砷化镓（GaAs）

《砷化镓（GaAs）》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、砷化镓（GaAs）砷化镓单晶的导带为双能谷结构，其最低能谷位于第一布里渊区中心，电子有效质量是0.068m0(m0为电子质量，见载流子)，次低能谷位于<111>方向的L点，较最低能谷约高出0.29eV，其电子有效质量为0.55m0，价带顶约位于布里渊区中心，价带中轻空穴和重空穴的有效质量分别为0.082m0和0.45m0。较纯砷化镓晶体的电子和空穴迁移率分别为8000cm2/(V·s)和100～300cm2/(V·s)，少数载流子寿命为10-2～10-3μs。在其中掺入Ⅵ族元素Te、Se、S等或Ⅳ族元素Si，可获得N型半导体，

2、掺入Ⅱ族元素Be、Zn等可制得P型半导体，掺入Cr或提高纯度可制成电阻率高达107～108Ω·cm的半绝缘材料。由于GaAs具有很高的电子迁移率，故可用于制备高速或微波半导体器件。砷化镓还用于制作耐高温、抗辐照或低噪声器件，以及近红外发光和激光器件，也用于作光电阴极材料等。更重要的是它将成为今后发展超高速半导体集成电路的基础材料。制备GaAs单晶的方法有区熔法和液封直拉法。用扩散、离子注入、气相或液相外延及蒸发等方法可制成PN结、异质结、肖特基结和欧姆接触等。近十余年来，由于分子束外延和金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术的

3、发展，可在GaAs单晶衬底上制备异质结和超晶格结构，已用这些结构制成了新型半导体器件如高电子迁移率晶体管(HEMT)、异质结双极型晶体管(HBT)及激光器等，为GaAs材料的应用开发了更广阔的前景。采用气相沉积或液相沉积等方法，使镓、砷源或其衍生物在以砷化镓或其他材料为衬底的表面上生长砷化镓或其他材料的单晶薄膜，统称为砷化镓外延材料。衬底和外延层如由同一种材料构成的则称为同质结外延层，如由不同材料构成则称为异质结外延层。外延材料可以是单层结构，也可以是多层结构。外延材料的制备方法主要有气相外延法和液相外延法。随着技术进步和应用

4、的扩大，为适应宽禁带、多元化合物、量子阱和超晶格结构等器件制造的需要，大力探索和开发金属有机物气相沉积和分子束外延等新技术得到迅速发展。气相外延法：通过气相输运和气相反应来实现薄膜生长的一种工艺过程。通常采用氯化物法和氢化物法生长砷化镓外延层，Ga-AsCl3-H2已成为氯化物法的代表工艺，其特点是易于实现高纯生长。1970年美国麻省理工学院华尔夫(Walf)得到砷化镓气相外延层的电子浓度和电子迁移率为n77k＝7×1013cm-3和μ77k＝2.1×105cm2/(V·s)。液相外延法：在一定温度下的砷化镓饱和溶液，通过降温

5、使溶液过饱和，则在砷化镓衬底上按一定的晶向生长砷化镓薄膜。据1969年的报道结果是：77K时的电子浓度和电子迁移率为n77k＝7.6×1012cm-3、μ77k＝1.75×105cm2/(V·s)。金属有机化合物气相沉积法：用氢气把三甲基镓或三乙基镓和砷烷一起输送到反应区，经分解和相互作用，在砷化镓衬底沉积砷化镓薄膜的方法。其优点是改变原料气体的种类和浓度，容易控制生长晶体薄膜的组分和各种特性。分子束外延法：将热分子束和原子束流在超高真空中入射到砷化镓衬底的表面上，由于相互作用而生长具有原子层级的砷化镓超薄层外延材料。其主要优

6、点是可以生长出原子层水平的超薄层单晶膜，可严格控制膜层的厚度、组分和结构，还可用组分渐变层或应变超晶格结构来消除由于晶格失配而造成的位错，因此该法非常适合于制作光电器件、微波器件、量子阱和超晶格结构材料。砷化镓是最重要的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料，其晶格结构为闪锌矿型，晶格常数为5.65Å，其解理面为{110}面，原子间的结合以共价键为主，伴有明显的离子键成分.在<111>方向上有极性，由于极性的存在使砷化镓的腐蚀和晶体生长速率都要受到影响。砷化镓禁带宽度大，为1.43eV，电子迁移率高达8800cm2/V·s，少数载流子寿命短

7、，因而它是制作高温、高频、抗辐射和低噪声器件的良好材料.特别是它的能带具有双能谷结构，又属于直接带隙材料，故可制作体效应器件，高效激光器和红外光源.砷化镓还可用来制作雪崩二极管、场效应晶体管、变容二极管、势垒二极管等微波器件和太阳电池等。与锗、硅相比，砷化镓具有更高的电子迁移率，因此它是制作高速计算机用集成电路的重要材料。砷化镓的熔点较高(1237℃)，其中的砷易挥发，因而从熔体中生长砷化镓晶体时要适当控制生长室的砷压以防止砷的逸出.在高压单晶炉中采用三氧化二硼液体密封法和水平Bridgman法都可生长出较大直径的砷化镓单晶.

8、砷化镓中杂质和缺陷的性质比较复杂，它的纯度和晶体完整性仍有不少问题需要深入研究。