砷化镓

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GaAs(砷化镓)

砷化镓特性
• 由于传送讯号的射频元件需要工作频率高、低功率消耗、低杂讯等特色，而砷化镓本身具有光电特性与高速，因此砷化镓多用於光电元件和高频通讯用元件。砷化镓可应用在WLAN、WLL、光纤通讯、卫星通讯、 LMDS、VSAT等微波通讯上。
砷化镓基本属性
• 砷化镓于1964年进入实用阶段。砷化镓可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材料,用来制作集成电路衬底、红外探测器、γ光子探测器等。由于其电子迁移率比硅大5～6倍，故在制作微波器件和高速数字电路方面得到重要应用。用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。此外，还可以用于制作转移器件──体效应器件。砷化镓是半导体材料中,兼具多方面优点的材料,但用它制作的晶体三极管的放大倍数小，导热性差，不适宜制作大功率器件。虽然砷化镓具有优越的性能，但由于它在高温下分解，故要生长理想化学配比的高纯的单晶材料，技术上要求比较高。
2. 1
LPE技术 L PE 是NELSON 在1963 年提出的一种外延生长技术。其原理是以低熔点的金属(如Ga 、In 等) 为溶剂,以待生长材料(如GaAs、Al 等) 和掺杂剂 (如Zn、Te 、Sn 等) 为溶质,使溶质在溶剂中呈饱和或过饱和状态,通过降温冷却使溶质从溶剂中析出, 结晶在衬底上,实现晶体的外延生长。 20 世纪70 年代初, L PE 开始用于单结GaAs 太阳电池的研制。通过在GaAs 单晶衬底上外延生长n2GaAs、p2GaAs 和一层宽禁带Al x Ga12xAs 窗口层,使GaAs 太阳电池效率明显提高。L PE 设备成本较低,技术较为简单,可用于单结GaAs/ GaAs 太阳电池的批产。 L PE 的缺点是异质界面生长无法进行、多层复杂结构的生长难以实现和外延层参数难以精确控制等,这限制了GaAs 太阳电池性能的进一步提高。 20 世纪90 年代初,国外已基本不再发展该技术,但欧、俄、日等地区和国家仍保留L PE 设备,用于研制

砷化镓

LPE技术优缺点：
优点： L PE 设备成本较低,技术较为简单,可用于单结 GaAs/ GaAs 太阳电池的批量生产。缺点：是异质界面生长无法进行、多层复杂结构的生长难以实现和外延层参数难以精确控制等,这限制了GaAs 太阳电池性能的进一步提高。
20 世纪90 年代初,国外已基本不再发展该技术,但欧、俄、日等地区和国家仍保留L PE 设备,用于研制小卫星电源。
20 世纪70 年代末,MOCVD 开始用于研 GaAs 太阳电池。与L PE 比,MOCVD 虽然设备成本较高,但具有不可比拟的优越性。
国外技术进展：
单结GaAs/ GaAs太阳电池
单结GaAs 太阳电池
单结GaAs/ Ge太阳电池
多结GaAs 太阳电池
双结GaAs太阳电池
三结GaAs太阳电池
• • • • • • • • • • • • • • • • •
参考文献 [1 ] CHIANG P K, et al . Experimental results of Ga InP/ GaAs/ Ge triple junction cell development for space sys2 terns[ C ] . Washington DC: Proceedings of 25th IEEE PVSC , 1996 , 183～186. [2 ] KURTZ S R , MYERS D , OLSON J M. Projected per2 formance of three2and four2junction devices using GaAs and Ga InP[C] . Anaheim CA : Proceedings of 26th IEEE PVSC , 1997 , 875～878. [3 ] CROSS T A , et al . GaAs solar panels for small satelli2 ets : Performance data and technology trends[C] . Wash2 ington DC: Proceedings of 25th IEEE PVSC , 1996 , 277 ～282. [4 ] YAMAGUCHI M , KATSUMOTO S , AMANO C. A unified model for radiation2resistance of advanced space solar cells [ C ] . Hawaii : Proceedings of WCPEC21 , 1994 , 2149～2152.

砷化镓

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，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。

砷化镓材料

❖ 位错：一系列连续的点缺陷贯穿晶体某一区域,就形成了位错。位错的存在,相当于在半导体内部形成了一个散射通道,这将会加速半导体中载流子的散射。如果用能带理论去描述的话,就相当于在禁带中引入了一个捕获中心,这样会改变晶片刻蚀时的性能效果,直接导致的后果是改变了器件的电性能。

❖ 由有效质量的定义， ❖1/m*n =1/ ħ² ∙ d²E/dk²
❖a=dv/dt=1/ ħ ∙ d(dE/dk)/dt=f/ ħ² ∙ d²E/dk²
❖ a=f/m*n

❖

缺陷
❖点缺陷：Asᵢ(砷间隙)、AsGa（砷代镓位）、 VAs VGa、Gai及GaAi（镓代砷位），对于Ⅱ一V族半导体中每一种元素的原子来说都可处于三种不同的间隙位置，两种是四面体间隙，一种是六角间隙。同一种杂质代替Ⅲ族元素的原子与代替V族元素的原子之后的物理性质也是截然不同的。
Co, Ni等，是GaAs中主要的深受主杂质。

❖ 从图2可以看出： ❖ GaAs里的缺陷、缺陷一杂质络合物，大多数起深
受主作用;这些能级大多同砷空位(VAs)和稼空位 (VGa)相关。因此，在解决了化学杂质对材料性质 (纯度等)的控制之后，要想进一步提高GaAs的质量，就必须抑制VAs和VGa的产生;
❖ 回旋共振 ❖ 将一块半导体样品置于均匀恒定的磁场中，设磁
感应强度为B，如半导体电子初速度为v, v与B间夹角为Θ，则电子受到的磁场力f为
❖f=-qv x B ❖电子沿磁场方向以速度v|| =vcos Θ做匀速运动，
在垂直于B的平面内做匀速圆周运动，运动轨迹是一螺旋线。设圆周半径为r，回旋频率为ωc则 v⊥ =r ωc ，向心加速度a= v⊥ ²/r。

砷化镓

砷化镓和磷化镓是具有电致发光性能的半导体。
砷化镓发光二极管量子效率高、器件结构精巧简单、机械强度大、使用寿命长，可应用于“光电话”。在不便敷设电缆的地方或原有通信线路发生障碍时，可用光电话通信，如在远洋船舶间或飞机间通话使用。光电话应用的最突出实例是地面控制站与宇宙火箭在大气层中加速或制动这段时间内的联系。那时火箭周
原因
大多数产品不必太快。
砷化镓含有对人类有害的砷元素，处理增加成本。
半导体材料特性
砷化镓于 1964 年进入实用阶段。砷化
镓可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以
上的半绝缘高阻材料 , 用来制作集成电路衬
底、红外探测器、γ光子探测器等。由于其电子迁移率比硅大约 7倍，故在制作微波器件和高速数字电路方面得到重要应用。
砷化镓是制作高温、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。
载流子迁移率高，适合于做高速IC，如：飞机控制和超高速计算机；是半绝缘的，使临近器件的漏电最小化，允许更高的封装密度。砷化镓最大频率范围最大操作温度电子迁移率功率损耗材料成本 2-300 GHz 200℃ 8500 小高硅 <1GHz 120℃ 1450 大低
砷化镓的单晶生产
直径GaAs单晶。其中以低位错密度的HB方法生长的
2～3英寸的导电砷化镓衬底材料为主。
Ⅲ-Ⅴ族化合物在高温时会发生部分离解，因此，在讨论它们的相平衡关系时，还必须考虑蒸汽压这一因素。

砷化镓简介

砷化镓（gallium arsenide）化学式 GaAs。

黑灰色固体，熔点1238℃。

它在600℃以下，能在空气中稳定存在，并且不为非氧化性的酸侵蚀。

砷化镓简介一种重要的半导体材料。

属Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体。

化学式GaAs，分子量144.63，属闪锌矿型晶格结构，晶格常数5.65×10-10m，熔点1237℃，禁带宽度1.4电子伏。

砷化镓于1964年进入实用阶段。

砷化镓可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材料,用来制作集成电路衬底、红外探测器、γ光子探测器等。

由于其电子迁移率比硅大5～6倍，故在制作微波器件和高速数字电路方面得到重要应用。

用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。

此外，还可以用于制作转移器件──体效应器件。

砷化镓是半导体材料中,兼具多方面优点的材料,但用它制作的晶体三极管的放大倍数小，导热性差，不适宜制作大功率器件。

虽然砷化镓具有优越的性能，但由于它在高温下分解，故要生长理想化学配比的高纯的单晶材料，技术上要求比较高。

砷化镓单晶生产技术中国掌握“半导体贵族”砷化镓单晶生产技术作为第二代半导体，砷化镓单晶因其价格昂贵而素有“半导体贵族”之称。

昨天，2001年7月31日，中国科学家宣布已掌握一种生产这种材料的新技术，使中国成为继日本、德国之后掌握这一技术的又一国家。

北京有色金属研究总院宣布，国内成功拉制出了第一根直径4英寸的VCZ半绝缘砷化镓单晶。

据专家介绍，砷化镓可在一块芯片上同时处理光电数据，因而被广泛应用于遥控、手机、DVD计算机外设、照明等诸多光电子领域。

另外，因其电子迁移率比硅高6倍，砷化镓成为超高速、超高频器件和集成电路的必需品。

它还被广泛使用于军事领域，是激光制导导弹的重要材料，曾在海湾战争中大显神威，赢得“砷化镓打败钢铁”的美名。

据悉，砷化镓单晶片的价格大约相当于同尺寸硅单晶片的20至30倍。

尽管价格不菲，目前国际上砷化镓半导体的年销售额仍在10亿美元以上。

砷化镓晶体结构

砷化镓晶体结构
砷化镓（Gallium Arsenide，GaAs）是一种常用的半导
体材料，具有广泛的应用领域，如电子器件、光电子器件、太阳能电池等。

其晶体结构是重要的基础知识，下面是对砷化镓晶体结构的详细介绍：
1. 晶体结构类型：砷化镓的晶体结构属于立方晶系，具体来说是面心立方（FCC）结构。

这意味着晶体中的原子在
立方晶格的顶点和面心位置上排列。

2. 晶格常数：砷化镓的晶格常数是基于晶体的结构参数。

对于砷化镓晶体，其晶格常数为a = 5.6535 Å，表示晶格
参数的长度单位。

3. 原子排列：在砷化镓晶体中，镓原子（Ga）和砷原子（As）以一定的方式排列。

晶体中的每个镓原子被置于一个面心立方晶格的顶点，而每个砷原子被置于相邻镓原子的面心位置上。

这种排列方式形成了一个稳定的晶体结构。

4. 结合键：砷化镓晶体中的镓原子和砷原子通过共价键相互连接。

每个镓原子与周围的四个砷原子形成共价键，每个砷原子与周围的四个镓原子形成共价键。

这种共价键的形成使得砷化镓具有良好的电子传导性能。

总结起来，砷化镓的晶体结构是面心立方（FCC）结构，其中镓原子和砷原子通过共价键相互连接。

了解砷化镓的晶体结构对于理解其物理和电子性质以及在器件制造中的应
用非常重要。

砷化镓半导体材料

砷化镓半导体材料砷化镓（Gallium Arsenide，简称GaAs）是一种重要的半导体材料，具有较高的电子迁移率和较宽的能带间隙，广泛应用于光电子器件、集成电路和微波器件等领域。

砷化镓是由镓原子和砷原子按照1:1的比例组成的化合物，具有类似于硅的晶体结构。

由于GaAs在晶体质量、材料纯度和生长工艺等方面都具有优势，因此被广泛应用于高性能电子器件的制造中。

与硅相比，砷化镓具有更好的热导率、更低的饱和漂移速度和更高的饱和电子迁移率，因此在高频和高功率应用中表现得更出色。

砷化镓材料可以通过多种方法生长，包括分子束外延（MBE）、金属有机化学气相沉积（MOCVD）和液相外延（LPE）等。

其中，MBE和MOCVD是目前最常用的砷化镓生长技术。

MBE是利用分子束外延设备，在真空中逐层生长砷化镓晶体，可以实现高纯度材料的生长，但生长速度较慢；MOCVD是利用金属有机前体在高温下进行化学反应生成砷化镓薄膜，生长速度较快，适合大面积的生长需求。

砷化镓材料具有很多优点，使其在许多领域得到广泛应用。

首先，砷化镓具有较高的电子迁移率，使得其在高频电子器件中能够实现较高的工作频率。

其次，砷化镓的能带间隙为1.43eV，远大于硅的1.12eV，使其具有较高的光吸收系数和较短的载流子寿命，适合于光电子器件的制造，如激光器、太阳能电池和光电二极管等。

此外，与硅相比，砷化镓在高温下的电学性能更稳定，适用于高温环境下的工作。

在光电子器件方面，砷化镓被广泛应用于激光器的制造。

砷化镓激光器具有较高的发光效率和较宽的发光波长范围，适用于光通信、光存储和光制造等领域。

此外，砷化镓也可以用于制造太阳能电池，由于其能带间隙较大，对高能光的吸收更高，可以提高太阳能电池的转换效率。

在集成电路领域，砷化镓常用于制造高电子迁移率晶体管（HEMT）和互补金属氧化物半导体（CMOS）。

HEMT是一种高频、高功率应用的场效应晶体管，具有较高的电子迁移率和较高的工作频率。

GaAs(砷化镓)

砷化镓太阳能电池
• 中文名称：
– 砷化镓太阳能电池
• 英文名称：
– gallium arsenide solar cell
• 定义：
– 以砷化镓为基体材料的太阳能电池。
• 砷化镓晶片发展前景 • 2010年5月，新一期英国《自然》杂志报告说，美国研究人员研发出一种可批量生产砷化镓晶片的技术，克服了成本上的瓶颈，从而使砷化镓这种感光性能比硅更优良的材料有望大规模用于半导体和太阳能相关产业[2]。 • 美国伊利诺伊大学等机构研究人员报告说，他们开发出的新技术可以生成由砷化镓和砷化铝交叠的多层晶体，然后利用化学物质使砷化镓层分离出来，可同时生成多层砷化镓晶片，大大降低了成本。这些砷化镓晶片可以像 “盖章”那样安装到玻璃或塑料等材料表面，然后可使用已有技术进行蚀刻，根据需要制造半导体电路或太阳能电池板。 • 不过，该技术目前还只能用于批量生产较小的砷化镓晶片，如边长500微米的太阳能电池单元。下一步研究将致力于利用新技术批量生产更大的砷化镓晶片。
• • • • • • • • • • • • • • • •
3 国外技术的进展 3. 1 单结GaAs 太阳电池 3. 1. 1 单结GaAs/ GaAs 太阳电池 20 世纪70～80 年代,以GaAs 单晶为衬底的单结GaAs/ GaAs 太阳电池研制基本采用L PE 技术生长,最高效率达到21 %。80 年代中期,已能大批量生产面积为2 cm ×2 cm 或2 cm ×4 cm 的GaAs/ GaAs 电池,如美国休斯公司采用多片L PE 设备,年产3 万多片2 cm ×2 cm 电池,最高效率达19 % ,平均效率为17 %(AM0) ;日本三菱公司采用垂直分离三室L PE 技术,一个外延流程可生产200 片2 cm × 2 cm GaAs 电池,最高效率达19. 3 % ,平均效率为 17. 5 %(AM0) 。此外,国外也用MOCVD 技术研制 GaAs/ GaAs 太阳电池,美国生产的GaAs/ GaAs 太阳电池,批产的平均效率达到了17. 5 %(AM0) 。 3. 1. 2 单结GaAs/ Ge 太阳电池

砷化稼介绍

4.1砷化镓的制备砷化镓的制备
砷化镓材料的制备与硅相仿，砷化镓材料也可分为体单晶和外延材料两类。体单晶可以用作外延的衬底材料，也可以采用离子注入掺杂工艺直接制造集成电路（采用高质量、大截面、半绝缘砷化镓单晶）。重点是液封直拉法（即液封乔赫拉斯基法，简称 LEC法）,但水平舟生长法（即水平布里其曼法）因制出的单晶质量和均匀性较好，仍然受到一定的重视。液封直拉法的一个新发展是在高压单晶炉内用热解氮化硼 (PBN)坩埚和干燥的氧化硼液封剂直接合成和拉制不掺杂、半绝缘砷化镓单晶。另外，常压下用石英坩埚和含水氧化硼为液封剂的方法也已试验成功。不论水平舟生长法或是液封直拉法，晶体的直径均可达到100～150毫米而与硅单晶相仿。
4、砷化镓材料的制备及应用、
砷化镓材料，属Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料。它具有一些优于硅的性能，已成为仅次于硅材料的重要半导体材料。H.韦尔克于1952 年提出的Ⅲ－Ⅴ族化合物具有优良的半导电性质。当时从禁带宽度和电子迁移率推测砷化镓兼具硅和锗的优点，于是开展了对砷化镓等化合物半导体材料的研究。最初10年进展不大。1962年砷化镓激光器问世以后，砷化镓器件发展很快。尽管由砷化镓取代硅、锗的设想尚未实现，但它在激光、发光和微波等方面已显示出优异的性能。用砷化镓已制造出高速集成电路，对材料质量提出更高要求，促使砷化镓材料的研究更加深入。
4.2砷化镓的外延生长砷化镓的外延生长
砷化镓的外延生长按工艺可分为气相和液相外延，所得外延层在纯度和晶体完整性方面均优于体单晶材料。通用的汽相外延工艺为Ga/AsCl3/H2法,这种方法的变通工艺有Ga/HCl/AsH3/H2和 Ga/AsCl3/N2法。为了改进Ga/AsCl3/H2体系气相外延层的质量，还研究出低温和低温低压下的外延生长工艺。液相外延工艺是用 Ga/GaAs熔池覆盖衬底表面,然后通过降温以生长外延层,也可采用温度梯度生长法或施加直流电的电外延法。在器件(特别是微波器件)的制造方面,汽相外延的应用比液相外延广泛。液相外延可用来制造异质结(如GaAs/AlxGa1-xAs)，因此它是制造砷化镓双异质结激光器和太阳电池等的重要手段。

砷化镓

II. 第一布里渊区的结构与特性
回顾 fcc bcc
倒格子
a
4 a
II. 第一布里渊区的结构与特性
金刚石结构
bcc
倒格子
a
4 a
II. 第一布里渊区的结构与特性
闪锌矿结构
bcc
倒格子
a
4 a
II. 第一布里渊区的结构与特性
砷化镓的第一布里渊区
III.能带图
Eg EC EV 1.42eV
研究内容：
I. 晶格常数、结构、特点 II. 第一布里渊区的结构与特性 III. 能带图 IV. 有效质量 V. 色散关系 VI. 能态密度图
I. 晶格常数、结构、特点砷化镓（gallium arsenide）
I. 晶格常数、结构、特点
GaAs的特点：
①砷化镓的禁带宽度大，宽于硅和锗，工作温度可远高于硅和锗半导体器件 ②砷化镓的电子迁移率高，约为硅中电子迁移率的7倍 ③砷化镓的电子有效质量小，不到硅或锗中有效电子质量的三分之一 ④砷化镓的光电转换效率高，可以制作成半导体激光器和红外光电器件 ⑤砷化镓半导体具有硅半导体和锗半导体不存在的负阻效应
IV. 有效质量
V. 色散关系
定义
格波的色散关系也可以称为晶格振动谱，反映的是晶格振动频率w与波失q的关系。
色散关系图
可以通过实验的办法测量到，也可以根据原子间相互作用力的模型从理论上进行计算。在由理论与实验的比较中获得对相互作用力的认识。而不同的晶体，如共价晶体、离子晶体与金属晶体等，由于它们的原子间相互作用力有着不同的特点，所以在格波谱上也有相应的特征，会得到不同的色散关系图。而以下是我们所讨论的GaAs晶体的色散关系图。
分布情况描述具体标明各能级能量

砷化镓

同时还有很多对砷化镓的研究与了解的报告，例如“GaAs基微机械加工技术", “GaAs微结构中共振隧穿薄膜介观压阻效应研究”，“基于GaAs PIN二极管的宽带大功率单片单刀双掷开关”，“GaAs 10 bit DAC的抗辐射设计和实验”，“具有正斜率增益的GaAs MMIC宽带放大器芯片设计”等。一些相关文献资料：
1 辐照效应
1.1 电路选取 GaAs加权相加电路是一个中等规模集成电路，完成将输入的数字信号合成模拟信号的功能，具有数模混合的功能，在试验过程中可以充分研究辐射对数模结构的影响。通过研究加权相加电路在辐射前后的效应，统计分析试验结果，从而优化电路，开发具有抗辐射能力的GaAs IC，建立涵盖电路设计、工艺制造、测试和试验等一整套GaAs IC的生产制造技术，满足我国航空航天领域对GaAs IC的需求。 1.2辐照损伤机理 GaAs MESFET是以“多子”来输运电流的有源器件，因此其本身具有很高的抗辐照特性。从资料上看GaAs MESFET在抗辐射加固上的主要
1
应用
砷化镓于1964年进入实用阶段，砷化镓可以制成电阻率比硅、锗高 3 个数量级以上的半绝缘高阻材料 , 用来制作集成电路衬底、红外探测器、γ 光子探测器、微波集成电路、红外线发光二极管、半导体激光器和太阳电池等元件。由于其电子迁移率比硅大 5 ～6倍，故在制作微波器件和高速数字电路方面得到重要应用。此外，还可以用于制作转移器件──体效应器件。
2.制造技术
以热分解的方式在衬底上进行气相沉积（气相外延），生成Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ 04 族化合物半导体及其三元、四元化合物半导体薄膜单晶。20世纪70年代末， MOCVD开始用于研制GaAs太阳电池。与LPE相比，MOCVD虽然设备成本较高，但具有不可比拟的优越性。两者的比较如表1所示。外延技术 LPE MOCVD

砷化镓

CAS号 SMILES 化学式摩尔质量
外观
密度熔点溶解性（水）能隙电子迁移率热导率折光度nD 晶体结构空间群配位几何分子构型
识别 1303-00-0 Ga#As 性质 GaAs 144.645 g·mol⁻¹ 灰色立方晶体 5.316 g/cm
3
1238 °C (1511 K) < 0.1 g/100 ml (20 °C) 1.424 eV300 K 2 8500 cm /(V*s) (300 K) 0.55 W/(cm*K) (300 K) 3.3 结构闪锌矿结构 2 T2年，H.Welker首先提出了GaAs的半导体性质，随后人们在GaAs材料制备、电子器件、太阳电池等领域开展了深入研究。 20世纪60 年代，美国通用电气公司率先研究开发了砷化镓，把它应用于超级计算机芯片的制作。日本企业紧跟这个发明，大量开发生产砷化镓，并将其应用范围扩大到激光器中的二极管，成功制作出了 GaAs半导体激光器。而在1963年发现的耿氏效应，使得GaAs的研究和应用日益广泛，已经成为目前生产工艺最成熟、应用最广泛的化合物半导体材料，它不仅是仅次于硅材料的微电子材料，而且是主要的光电子材料之一，在太阳电池领域也有一定的应用。
•GaAs的基本性质 •GaAs的发展历史 •GaAs单晶材料的制备 •GaAs的应用
砷化镓外观呈现为黑灰色固体，是一种重要的半导体材料。属Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体。属于闪锌矿型晶格结构，其晶格常数5.65×10-10m，熔点 1238℃，禁带宽度1.4电子伏。它在600℃以下，能在空气中稳定存在，且不溶于盐酸，但可溶于硝酸和王水。其最大特点是光电特性，它的光发射效率比其它半导体材料高，用它不仅可以制作发光二极管、光探测器，还能制备半导体激光器，广泛应用于光通信、光计算机和空间技术。

砷化镓密度

砷化镓密度砷化镓是一种具有高密度的化合物，其密度为5.31 g/cm³。

下面将从砷化镓的结构、性质和应用三个方面进行探讨。

一、砷化镓的结构砷化镓属于半导体材料，由镓原子和砷原子组成。

它的晶体结构为锗化钠石（ZnS）型，也称为闪锌矿结构。

在这种结构中，每个镓原子被四个砷原子和四个镓原子所包围，而每个砷原子则被四个镓原子和四个砷原子所包围。

这种结构使得砷化镓具有良好的晶体稳定性和电子传输性能。

二、砷化镓的性质1. 热稳定性：砷化镓具有较高的熔点和热稳定性，可以在高温环境下保持其结构和性能的稳定。

2. 光电性能：砷化镓是一种直接带隙半导体材料，具有较高的光电转换效率和发光效果。

它在红外光谱范围内具有较好的吸收和发射特性，被广泛应用于红外光电器件领域。

3. 电子传输性能：砷化镓具有优异的电子传输性能，电子迁移率高，载流子浓度可调。

这使得砷化镓在高速电子器件领域具有广阔的应用前景。

4. 机械性能：砷化镓具有较高的硬度和弹性模量，具备一定的机械强度和耐磨性。

三、砷化镓的应用1. 光电器件：砷化镓是一种优秀的红外光电材料，被广泛应用于红外探测器、红外测温仪和红外夜视仪等领域。

其高光电转换效率和较低的噪声特性使其成为红外探测领域的首选材料。

2. 高速电子器件：砷化镓具有优异的电子传输性能，被广泛应用于高速电子器件中。

如砷化镓场效应晶体管（GaAs FET）、砷化镓高电子迁移率晶体管（GaAs HEMT）等。

这些器件在高频通信、微波雷达和光通信等领域起着重要作用。

3. 太阳能电池：砷化镓材料在太阳能电池领域也有广泛应用。

其较高的光电转换效率和较低的制造成本使其成为太阳能电池的理想材料之一。

4. 其他领域：砷化镓还被应用于激光器、高频放大器、微波集成电路等领域。

其优异的性能使其在这些领域发挥重要作用。

总结：砷化镓是一种密度较高的半导体材料，具有良好的热稳定性、光电性能和电子传输性能。

它在光电器件、高速电子器件、太阳能电池等领域有广泛应用。

砷化镓材料

补偿作用：施主和受主杂质之间相互抵消的作用补偿比：受主杂质浓度( NA )/施主杂质浓度( ND)

❖ 砷化镓掺铬 ❖ 铬(Cr)是制备半绝缘体GaAs材料最常用的掺杂剂. 铬在砷化镓中是深受主原子,它的杂质能级接近禁
带中心位置,约位于价带顶以上0.79eV，利用这一特点,可以在浅n型砷化镓材料中通过掺铬进行补偿而得到半绝缘材料。 GaAs中的Cr在未填电子时，以Cr3+的电荷态出现，当充以电子时，电荷态转变为Cr2+
能带图

❖ 如果我们从实际上计算能带结构，可以通过回旋共振实验测载流子有效质量，并据此推出半导体能带结构。
❖导带底附近 E(k）-E(0)= ħ ²k²/2 m*n ❖价带顶附近 E(k）-E(0)= ħ ²k²/2 m*p

❖ 砷化镓导带极小值位于布里渊区中心k=0的Γ处，等能面是球面，导带底电子的有效质量为0.063m 。在【1 1 1】和【1 0 0】方向布里渊区边界L和 X处还各有一个极小值，电子的有效质量分别为 0.55m和0.85m。室温下， Γ，L，X三个极小值与价带顶的能量差分别为1.424eV，1.708eV和 1.900eV。

❖ 由有效质量的定义， ❖1/m*n =1/ ħ² ∙ d²E/dk²
❖a=dv/dt=1/ ħ ∙ d(dE/dk)/dt=f/ ħ² ∙ d²E/dk²
❖ a=f/m*n

❖

缺陷
❖点缺陷：Asᵢ(砷间隙)、AsGa（砷代镓位）、 VAs VGa、Gai及GaAi（镓代砷位），对于Ⅱ一V族半导体中每一种元素的原子来说都可处于三种不同的间隙位置，两种是四面体间隙，一种是六角间隙。同一种杂质代替Ⅲ族元素的原子与代替V族元素的原子之后的物理性质也是截然不同的。

砷化镓

砷化镓李启靖何智慧杨海荣砷化镓（gallium arsenide）（化学式GaAs）是一种重要的半导体材料。

它在许多领域都得到了重要的应用。

本文将从四个方面进行对砷化镓的介绍。

一、砷化镓的简介砷化镓是Ⅲ-Ⅴ族元素化合的化合物，黑灰色固体，熔点1238℃。

它在600℃以下，能在空气中稳定存在，并且不为非氧化性的酸侵蚀。

砷化镓可作半导体材料，其电子迁移率高、介电常数小，能引入深能级杂质、电子有效质量小，能带结构特殊，可作磊晶片。

由于传送讯号的射频元件需要工作频率高、低功率消耗、低杂讯等特色，而砷化镓本身具有光电特性与高速，因此砷化镓多用於光电元件和高频通讯用元件。

砷化镓可应用在WLAN、WLL、光纤通讯、卫星通讯、LMDS、VSAT等微波通讯上。

不过，砷化镓材料成本较高，使用的制程设备也与一般IC业者常用的矽制程设备不同。

砷化镓材料是继硅单晶之后第二代新型化合物半导体材料中最重要、用途最广泛的材料之一。

在微电子和光电子领域有着巨大的应用空间，主要用于制作高速、高频、大功率等微电子器件和电路，随着IT行业的发展，市场空间不断扩大。

在光电子领域，随着全球LED市场突飞猛进的发展，在世界半导体固态照明大趋势的引领下，砷化镓晶片的需要已经开始大幅增加。

随着科学技术的不断发展，砷化镓材料将有更加广泛的用途。

砷化镓材料在世界发达国家均被视为战备储备物资，美、英、法、俄、日、德等国家都对砷化镓材料的开发应用投入了巨资，尤其美国还将砷化镓材料的生产应用技术列入国防白皮书，从而对美国国防技术起到了重要作用。

在现代军备技术中，几项关键技术均与砷化镓材料有直接关系。

例如，机载相控雷达、战术红外线夜视镜，抗辐射电子元件，红外线激光导航、红外线激光瞄准仪等。

以砷化镓化合物半导体材料为代表的新型信息功能材料已经列入国家高科技优先发展目录，信息功能已成为国家鼓励发展产业。

二、砷化镓的应用由于砷化稼拥有高频、低噪声与高电子迁移率的物理特性, 砷化稼微波器件技术最初是应用在国防、太空科技及人造卫星通讯方面, 由于无线通讯的需求量不断成长, 砷化稼微波器件现已广泛普及到一般的商业用途, 例如在手机功率放大器、计算机产品、工业应用及无线电通信等方面。

砷化镓中镓原子的配位数

砷化镓中镓原子的配位数1. 砷化镓的基本知识嘿，朋友们！今天我们来聊聊一个在电子科技领域可是大有作为的小家伙——砷化镓（GaAs）。

这玩意儿可是半导体界的明星，特别是在发光二极管（LED）和激光二极管（LD）这块儿。

说到砷化镓，大家可能会觉得它名字一听就有点拗口，像是在绕口令比赛中掉了链子。

不过，它的化学组成其实蛮简单的，就是镓（Ga）和砷（As）的结合。

镓是个很有趣的元素，常常在高科技领域里大显身手，而砷则有点神秘，听说它可不是个好东西——但是，搭上镓的这趟车，它的魅力立马提升了好几个档次。

在砷化镓的结构中，镓原子和砷原子并肩作战，组成了一个非常稳定的晶体结构。

这里面就涉及到配位数这个概念了，简单来说，配位数就是一个原子周围能绑定多少个其他原子。

在砷化镓中，镓原子的配位数是四。

哇，这个数字听上去还不错吧？那我们就来深入聊聊镓原子的这份“朋友圈”。

2. 镓原子的配位数详解2.1 配位数的意义先来了解一下什么是配位数。

想象一下，你在一个派对上，旁边围绕着几位朋友，彼此之间的互动可热闹了。

配位数就像是你周围的朋友数量，越多越热闹，但太多了可能就会有点喧闹，不容易管理。

对于镓来说，它的配位数是四，意味着它每个镓原子都能和四个砷原子亲密无间。

这种四面楚歌的状态，使得整个结构非常稳定，不容易被打破。

2.2 四配位的特性镓原子的四配位可不是随随便便的，它赋予了砷化镓一些独特的性质。

首先，四个砷原子环绕着一个镓原子，就像是给镓穿上了盔甲，保护它不受外界的干扰。

这种结构稳定性极高，让砷化镓成为很多高科技产品的首选材料。

此外，四配位还意味着砷化镓在电子迁移方面表现得非常出色。

这个特性让它在高频率和高功率应用中大显身手。

想象一下，镓原子就像是一位热爱社交的明星，四周围绕着忠实的粉丝砷原子。

他们一起努力，构建出一个和谐的世界。

这样的团队配合，不仅让镓原子感到安全，也让整个结构保持了极佳的电子性能。

再加上，镓原子的电导性也很不错，让它在通讯技术中可以大展拳脚，绝对是个不容小觑的角色。

砷化镓点群

砷化镓点群砷化镓（Gallium Arsenide，缩写为GaAs）是一种广泛应用于半导体行业的化合物半导体材料，具有许多优异的性能特点。

它的点群是F-43m，下面将对砷化镓的点群特征、应用以及相关的技术进展进行详细介绍。

砷化镓的点群是F-43m，也称为立方晶系。

立方晶系的特点是晶胞具有六个面，每个面上有一个晶格点，晶胞角度为90度。

这意味着砷化镓的晶体结构是由对称度很高的立方晶体单元构成的。

该点群下的镓和砷原子呈现八面体对称排列，具有最高的点群对称性。

砷化镓的点群决定了其一些特殊的物理特性。

首先，砷化镓是直接带隙半导体，具有较高的电子迁移率和光吸收能力。

这使得砷化镓在高速电子器件和光电器件中具有广泛应用。

其次，砷化镓具有较高的热稳定性和较低的有效质量。

这使得砷化镓的晶体结构更加稳定，能够在高温环境下工作，并且具有更好的载流子输运性能。

砷化镓的点群特征还影响了其在电子器件中的应用。

由于其高载流子迁移率和较低的有效质量，砷化镓常被用于制造高频器件、功率放大器和微波集成电路等。

砷化镓晶体管是一种常见的高频放大器，在手机、通信设备和卫星通信中得到广泛应用。

此外，砷化镓光电器件的制造也非常重要。

例如，砷化镓太阳能电池具有高光电转换效率和较低的工作温度，适用于太空应用和光伏发电系统。

此外，砷化镓还可用于制造LED器件、半导体激光器和高速光通信器件，其优异的光电特性使其成为发展光电子学的重要材料。

近年来，随着半导体技术的不断发展，砷化镓的应用领域也在持续扩大。

砷化镓纳米线、二维砷化镓等新型结构材料的研究取得了重大突破。

这些新材料在能带结构、载流子输运等方面的特点与传统砷化镓有所不同，并且在光电子学、能源存储等领域具有潜在的应用前景。

另外，砷化镓与其他半导体材料的异质结构也在广泛研究，例如砷化镓/氮化镓异质结构、砷化镓/磷化镓异质结构等。

这些异质结构的制备技术和特性研究为制造复杂电子器件和光电器件提供了新的途径。

砷化镓的化学式

砷化镓的化学式砷化镓是一种重要的半导体材料，其化学式为GaAs。

它由镓和砷两种元素组成，具有优异的电学性能和光学性能，被广泛应用于光电子学、电子学、通信、计算机等领域。

本文将介绍砷化镓的化学式、物理性质、制备方法、应用及安全性等方面的内容。

一、砷化镓的化学式及物理性质砷化镓的化学式为GaAs，其中Ga表示镓元素，As表示砷元素。

它的相对分子质量为144.64，密度为5.31 g/cm，熔点为1238℃，沸点为？。

砷化镓具有非常高的电子迁移率和热导率，同时也具有良好的光学性能。

它是一种直接能隙半导体，其带隙宽度为1.42 eV，在可见光范围内有很好的吸收性能。

此外，砷化镓还具有高的硬度和化学稳定性，不易受到氧化、腐蚀等影响。

二、砷化镓的制备方法砷化镓的制备方法主要有以下几种：1. 气相外延法气相外延法是一种常用的制备砷化镓晶体的方法。

它通过将镓和砷的气态前驱物输送到基片表面，使其在基片上形成砷化镓晶体。

这种方法可以制备出高质量、大尺寸的砷化镓单晶，并且可以控制其形貌和结构。

2. 分子束外延法分子束外延法是一种高温高真空下的制备方法，它通过将分子束照射到基片表面，使其在基片上形成砷化镓晶体。

这种方法可以制备出高质量、低缺陷密度的砷化镓薄膜，并且可以控制其厚度和结构。

3. 液相外延法液相外延法是一种制备砷化镓晶体的传统方法，它通过在高温下将砷和镓的液态前驱物混合，使其在基片上形成砷化镓晶体。

这种方法可以制备出大尺寸的砷化镓晶体，但是晶体质量较差，缺陷密度较高。

三、砷化镓的应用砷化镓作为一种重要的半导体材料，具有广泛的应用前景。

它被广泛应用于光电子学、电子学、通信、计算机等领域，主要包括以下几个方面：1. 光电子学砷化镓具有优异的光学性能，可以用于制备高效的光电器件，如光电探测器、太阳能电池、激光器等。

2. 电子学砷化镓具有高的电子迁移率和热导率，可以用于制备高速、高频的电子器件，如高速场效应晶体管、微波集成电路等。

砷化镓无机非金属材料

砷化镓无机非金属材料砷化镓（Gallium Arsenide，GaAs）是一种无机非金属材料，由镓（Ga）和砷（As）元素组成。

它具有多种优良的性能和应用领域，如光电子学、半导体器件等。

本文将对砷化镓的性质、制备方法、应用领域进行全面详细的介绍。

1. 砷化镓的性质砷化镓在室温下为黑色结晶固体，具有以下主要性质：1.1 密度和晶体结构砷化镓的密度约为5.32克/立方厘米，其晶体结构属于锐钛矿型（Zinc Blende，ZB），由镓和砷原子以ABAB…排列方式组成。

晶格常数为5.65 Å。

1.2 波长范围砷化镓的带隙宽度较窄，约为1.43电子伏特（eV），相当于可见光的波长范围。

因此，砷化镓在可见光和近红外光谱范围内具有较好的光电转换性能。

1.3 电子迁移率和载流子浓度砷化镓具有较高的电子迁移率，在高电子浓度下可超过8,500 cm²/Vs，而在低电子浓度下也能保持较高的迁移率。

此外，它具有较低的载流子浓度，有助于减小电子设备的噪声和功耗。

1.4 热导率和导热系数砷化镓具有较高的热导率，约为50 W/m·K，使其在高功率应用中能够快速散热。

此外，它的热膨胀系数较小，使其与一些其他材料（如硅）具有较好的热匹配性。

1.5 光电器件性能由于砷化镓的带隙宽度较小，因此它具有良好的光电转换性能。

它的光电器件可以实现高速、高频率的光通信和激光器。

此外，砷化镓光电器件具有较高的光子产额和较低的消光比，使其在光电子学中得到广泛应用。

2. 砷化镓的制备方法砷化镓的制备方法主要包括化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）、分子束外延（Molecular Beam Epitaxy，MBE）和金属有机化学气相沉积（Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD）等。

2.1 化学气相沉积化学气相沉积是一种常用的砷化镓制备方法。