化合物半导体材料
第四章：化合物半导体材料《半导体材料》课件
III－V族化合物半导体材料 II－VI族化合物半导体材料
4.1 常见的III-V化合物半导体
化合物 晶体结 带隙
ni
构
un
up
GaAs 闪锌矿 1.42 1.3×106 8500
320
GaP 闪锌矿 2.27
150
120
GaN 纤锌矿 3.4
900
10
InAs 闪锌矿 0.35 8.1×1014 3300
InP单晶体呈暗灰色，有金属光泽
室温下与空气中稳定，3600C下开始离解
InP特性
高电场下，电子峰值漂移速度高于GaAs中的 电子，是制备超高速、超高频器件的良好材料；
InP作为转移电子效应器件材料，某些性能优 于GaAs
InP的直接跃迁带隙为1.35 eV，正好对应于光 纤通信中传输损耗最小的波段；
地区＼条件·效益
条件
能源节约
降低二氧化碳排放
美国
5％白炽灯及55％日光灯被 每年节省350亿美元电 每年减少7.55亿吨二氧
白光LED取代
费。
化碳排放量。
日本
100％白炽灯被白光LED取 代
可少建1-2座核电厂。
每年节省10亿公升以上 的原油消耗。
台湾
25％白炽灯及100％日光灯 节省110亿度电，约合
砷化镓具有抗辐射性，不易产生信号错误，特别适用于 避免卫星通讯时暴露在太空中所产生的辐射问题。
砷化镓与硅元件特性比较
砷化镓
硅
最大频率范围 最大操作温度 电子迁移速率
2～300GHz 200oC 高
<1GHz 120oC
低
抗辐射性
高
低
具光能
三安化合物半导体封装技术
三安化合物半导体封装技术
三安化合物半导体封装技术是一种先进的半导体封装技术，它利用化合物半导体材料，如GaAs（砷化镓）、GaN（氮化镓）和SiC（碳化硅）等，制造出高性能的电子器件。
这种技术具有许多优点，包括高频率、高功率、高效能和高可靠性等。
三安化合物半导体封装技术的核心在于使用化合物半导体材料。
与传统的硅材料相比，化合物半导体材料具有更高的电子迁移率和更宽的禁带宽度，因此能够提供更高的工作频率和更大的输出功率。
同时，化合物半导体材料的化学性质稳定，能够承受高温和高压等极端环境，因此具有更高的可靠性和稳定性。
在三安化合物半导体封装技术中，首先需要将化合物半导体芯片安装在一个合适的基板上，然后通过引线键合、模封等方式将芯片与基板连接起来。
为了保护芯片和连接部分，通常会使用环氧树脂等材料进行密封和保护。
最后，整个封装体还需要进行测试和校准，确保其性能符合要求。
三安化合物半导体封装技术的应用范围非常广泛，包括通信、雷达、电子战、卫星、新能源汽车等领域。
在通信领域，利用三安化合物半导体封装技术可以制造出高速、高频的调制器、放大器和滤波器等器件，提高通信系统的性能和稳定性。
在雷达和电子战领域，利用三安化合物半导体封装技术可以制造出高功率、高效率的发射机和接收机等器件，提高雷达和电子战系统的探测距离和识别能力。
在卫星领域，利用三安化合物半导体封装技术可以制造出小型化、轻量化的卫星电子器件，提高卫星系统的可靠性和稳定性。
在新能源汽车领域，利用三安化合物半导体封装技术可以制造出高效能、高稳定的功率模块和控制器等器件，提高新能源汽车的能效和安全性。
化合物半导体权威解释
化合物半导体权威解释化合物半导体权威解释引言在科技发展的当今世界中，半导体技术无疑扮演着重要的角色，而其中又以化合物半导体备受瞩目。
化合物半导体是指由两个或多个元素组成的化合物，具备半导体特性。
本文将着重解释化合物半导体的概念、特性，以及其在科技领域的应用。
第一部分：化合物半导体的概念和特性1. 什么是化合物半导体？化合物半导体是由两个或多个元素通过化学反应形成的半导体材料。
与纯硅等单一元素半导体相比，化合物半导体由于其特殊的组合结构，具备一系列优越的性质。
2. 化合物半导体的特性2.1 带隙化合物半导体相较于单一元素半导体具有更大的能带隙。
能带隙指的是价带（valence band）和导带（conduction band）之间的能量差。
这使得化合物半导体能够在更广泛的光谱范围内吸收和发射光线，具备更高的光电转化效率。
2.2 良好的载流子迁移率化合物半导体因为其晶格结构和成分的差异，具备较高的载流子迁移率。
这意味着电子和空穴在化合物半导体中移动的速度更快，使得器件具备更高的工作效率和响应速度。
2.3 高饱和漂移速度饱和漂移速度是指在电场作用下，载流子达到饱和速度时的漂移速度。
化合物半导体由于其特殊的晶格结构和较大的能带隙，使得饱和漂移速度更高，从而在高频电子器件中具备更好的性能。
第二部分：化合物半导体的应用领域1. 太阳能电池化合物半导体因为其良好的光电转化效率和光吸收能力，成为太阳能电池领域的重要材料。
III-V族化合物半导体如氮化镓（GaN）和砷化镓（GaAs）可以实现高效率的光电转化。
2. 光电子器件化合物半导体在光电子器件领域有广泛的应用，例如激光二极管、光电传感器和光纤通信等。
砷化镓和磷化铟是典型的化合物半导体材料，具备优异的光电性能，使得这些器件能够实现高效率的光传输和信号处理。
3. 高速晶体管化合物半导体晶体管因为其较高的饱和漂移速度，被广泛应用于高速和高频电子器件中。
砷化镓高电子迁移率晶体管（HEMT）在通信和雷达系统中具备优异的性能，成为主流技术之一。
半导体材料的概念
半导体材料的概念半导体是指具有半导体特性的材料，它们在导电性能上介于导体和绝缘体之间。
半导体材料在电子、通信、能源、医疗等领域有着广泛的应用。
本文将介绍半导体材料的几种主要类型，包括元素半导体、化合物半导体、非晶半导体、有机半导体、金属间化合物、氧化物半导体以及合金与固溶体。
1.元素半导体元素半导体是指只由一种元素组成的半导体材料，如硅、锗等。
其中，硅是最常用和最重要的元素半导体之一，它具有高导电性能、高热导率以及稳定的化学性质，因此在微电子、太阳能电池等领域得到广泛应用。
2.化合物半导体化合物半导体是指由两种或两种以上元素组成的半导体材料，如GaAs、InP等。
这些化合物半导体具有较高的电子迁移率和特殊的能带结构，因此在高速电子器件、光电子器件等领域具有广泛的应用前景。
3.非晶半导体非晶半导体是指没有晶体结构的半导体材料，它们通常由化学气相沉积、物理气相沉积等方法制备。
非晶半导体具有较低的晶格缺陷和较高的电子迁移率，因此在太阳能电池、电子器件等领域得到广泛应用。
4.有机半导体有机半导体是指由有机分子组成的半导体材料，如聚合物的分子晶体、共轭分子等。
有机半导体具有较低的制造成本、较高的柔性和可加工性，因此在柔性电子器件、印刷电子等领域具有广阔的应用前景。
5.金属间化合物金属间化合物是指由两种或两种以上金属元素组成的化合物，如Mg3N2、TiS2等。
这些金属间化合物具有特殊的物理和化学性质，因此在电子器件、催化剂等领域具有潜在的应用价值。
6.氧化物半导体氧化物半导体是指由金属元素和非金属元素组成的氧化物，如ZnO、SnO2等。
这些氧化物半导体具有较高的电子迁移率和稳定性，因此在太阳能电池、电子器件等领域得到广泛应用。
7.合金与固溶体合金与固溶体是指由两种或两种以上的金属或非金属元素组成的混合物，如Ag-Cu合金、Zn-S固溶体等。
这些合金与固溶体具有特殊的物理和化学性质，因此在电子器件、催化剂等领域具有潜在的应用价值。
化合物半导体(compoundsemiconductor)百科全说物理篇
化合物半导体（compoundsemiconductor）百科全说物理篇
化合物半导体（compoundsemiconductor）百科
全说物理篇
当今社会是一个高速发展的信息社会。
生活在信息社会，就要不断地接触或获取信息。
如何获取信息呢?阅读便是其中一个重要的途径。
据有人不完全统计，当今社会需要的各种信息约有80%以上直接或间接地来自于图书文献。
这就说明阅读在当今社会的重要性。
还在等什么，快来看看这篇化合物半导体(compoundsemiconductor)百科全说物理篇吧~
化合物半导体（compoundsemiconductor）
化合物半导体(compoundsemiconductor)
通常所说的化合物半导体多指晶态无机化合物半导体，它是由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料。
化合物半导体数量最多，研究出的约有一千多种。
其中研究较多的二元化合物半导体是GaAs、GaN、GaP、InP、InSb、InSn、CdS 和SiC等。
Ⅲ-Ⅴ族二元化合物半导体GaAs、InP和InSb等与Ge、Si相比，它们迁移率高，可作高频、高速器件，禁带宽度大，利于做高温、大功率器件，能带结构是直接跃迁型，因此转换成光的效率高，可作半导体激光器和发光二极管等。
GaAs用于微波器件、激光器件和红外光源以及作其他外延材料的衬底;GaN是重要的宽带隙半导体材料，可用于制造兰光发光二极管、兰光发射激光器及紫外光探测器等，并。
化合物半导体材料
化合物半导体材料
化合物半导体材料是一类具有特殊电子结构和半导体性质的材料，具有广泛的应用前景。
化合物半导体材料由两种或两种以上元素通过化学键结合而成，具有较高的电子迁移率和较窄的能隙，因此在光电器件、光伏材料、激光器件等领域具有重要的应用价值。
首先，化合物半导体材料在光电器件中具有重要地位。
例如，氮化镓材料因其较宽的能隙和较高的电子迁移率，被广泛应用于LED、LD等光电器件中。
此外，磷化铟等化合物半导体材料也在光电器件中发挥着重要的作用，其优异的光电性能使其成为高性能光电器件的重要材料。
其次，化合物半导体材料在光伏材料领域也具有广泛的应用。
铜铟镓硒（CIGS）薄膜太阳能电池是目前研究最为深入的一种薄膜太阳能电池技术，其主要材料为化合物半导体材料。
CIGS太阳能电池具有高吸收系数、较高的光电转换效率和较长的寿命，被认为是下一代薄膜太阳能电池技术的发展方向之一。
此外，化合物半导体材料还在激光器件、光通信、光储存等领域发挥着重要的作用。
例如，磷化铟材料被广泛应用于激光器件中，其优异的光电性能使其成为高性能激光器件的重要材料之一。
在光通信领域，砷化镓材料也被广泛应用于光电器件中，其优异的光电性能使其成为高性能光电器件的重要材料之一。
总之，化合物半导体材料具有广泛的应用前景，在光电器件、光伏材料、激光器件等领域发挥着重要的作用。
随着材料科学和半导体技术的不断发展，化合物半导体材料的研究和应用将会得到进一步的推动，为人类社会的可持续发展做出更大的贡献。
化合物半导体材料
化合物半导体材料半导体材料是一类既不是导体又不是绝缘体的材料，其电导率介于导体和绝缘体之间。
在现代电子学和光电子学中，半导体材料被广泛应用于各种电子器件和光电器件中，如电子集成电路、太阳能电池和激光器等。
常见的半导体材料包括硅（Si）和锗（Ge），它们是最早被广泛应用的半导体材料。
然而，还有很多其他化合物材料也具有半导体特性，如化合物半导体材料。
这些化合物半导体材料具有一些独特的特性，使它们在特定领域具有许多优势。
首先，化合物半导体材料的能隙宽度（bandgap）可以通过调节成分比例和晶格结构来调控。
能隙宽度是指电子从价带跃迁到导带所需的能量，也决定了材料的导电性能。
能隙宽度较大的化合物半导体材料通常具有较高的电阻和较低的载流子浓度，适用于高频和高温应用。
能隙宽度较小的化合物半导体材料则具有较高的导电性能和较高的载流子浓度，适用于光电子和光电器件等高效率应用。
化合物半导体材料还具有较高的光吸收系数和较短的光子寿命，使它们在光电子和光电器件中具有较高的量子效率和响应速度。
磷化镓、砷化镓和氮化镓等化合物半导体材料已广泛应用于光电子器件（如激光器、LED和光电二极管）和光通信领域。
尽管化合物半导体材料具有许多优势，但它们也存在一些挑战。
首先，制备过程相对复杂和成本较高，通常需要特殊的设备和技术。
其次，由于化合物半导体材料的晶格常数和热膨胀系数通常较小，因此与硅基材料的集成存在困难。
此外，一些化合物半导体材料还存在较高的缺陷密度和较短的寿命。
因此，尽管化合物半导体材料在一些特定领域具有广泛应用，但对于一般电子器件来说，硅仍然是主要的材料。
随着科学技术的不断发展和成熟，化合物半导体材料的制备工艺和性能将不断提高，实现与硅的集成和应用。
化合物半导体器件有哪些
化合物半导体器件有哪些在当今世界高科技领域中，化合物半导体器件作为一种重要的电子器件类型，被广泛应用于各种领域，如电子、光电子、通信和能源等。
化合物半导体器件具有许多优异的性能特点，如高速、高频、高功率密度和低噪声等，因此备受关注。
本文将介绍几种常见的化合物半导体器件。
1. 量子点器件量子点器件是一种基于半导体纳米结构的器件，利用量子点的量子效应进行电子传输和操控的器件。
量子点器件主要包括量子点发光二极管（QLED）、量子点激光器（QL）、以及量子点太阳能电池等。
由于量子点的量子效应和尺寸效应，这类器件具有高色纯度、高量子效率和调控性能好的特点。
2. 磷化镓器件磷化镓器件是一类基于磷化镓（GaP）材料制备的半导体器件，主要包括GaP发光二极管、GaP太阳能电池等。
磷化镓材料具有宽直接能隙和高载流子迁移率等优异特性，因此在光电器件领域有着广泛的应用。
3. 合金半导体器件合金半导体器件是指利用两种或多种半导体材料的合金形成的器件，如氮化镓（GaN）/磷化铟（InP）合金器件等。
合金半导体器件综合了各种半导体材料的优点，具有优良的性能表现，广泛应用于高频、高功率、高温等领域。
4. 氮化硅器件氮化硅器件是一种基于氮化硅（SiN）材料制备的半导体器件，主要包括氮化硅发光二极管、氮化硅光伏电池等。
氮化硅材料具有优异的热稳定性和光学性能，适用于高温环境和光电器件中。
综上所述，化合物半导体器件涵盖了众多种类，包括量子点器件、磷化镓器件、合金半导体器件和氮化硅器件等。
这些器件在不同领域都有着重要的应用，为高科技产业的发展做出了积极的贡献。
化合物半导体材料
化合物半导体材料半导体材料是一类特殊的化合物，具有介于导体和绝缘体之间的电导性质。
它们在电子学和光电子学等领域中得到了广泛的应用。
本文将介绍一些常见的半导体材料和它们的特性。
1. 硅（Silicon）硅是最为常见的半导体材料之一，它占据了半导体市场的绝大部分。
硅具有自然丰富、化学稳定、制备工艺成熟等优点，适用于各类电子和光电子器件的制备。
硅的禁带宽度约为1.1eV，可以通过掺杂来改变其电导性质。
2. 锗（Germanium）锗是另一种广泛用作半导体材料的元素，与硅相似，但它的晶体结构稍有不同。
锗的禁带宽度约为0.67eV，比硅小，所以在常温下导电性相对较强。
然而，锗相比硅更为昂贵且较难得到高质量单晶体。
3. 氮化镓（Gallium Nitride）氮化镓是一种宽禁带宽度的半导体材料，具有较高的载流子迁移率和传导性能。
氮化镓在高电压、高频率和高功率应用方面具有广泛的潜力，例如蓝光发光二极管和激光器等。
4. 磷化镓（Gallium Phosphide）磷化镓是另一种常用的半导体材料，它的禁带宽度约为2.24eV。
磷化镓具有较高的载流子迁移率和较高的光吸收系数，因此在光电子学中应用广泛，如太阳能电池和激光器等。
5. 砷化镓（Gallium Arsenide）砷化镓是一种有机化合物半导体材料，它的禁带宽度约为1.43eV。
砷化镓具有较高的载流子迁移率和较高的电子迁移率，因此适用于高频和高速电子器件的制备，例如高速场效应晶体管和高频整流器等。
总结起来，半导体材料在现代电子和光电子器件中扮演着重要的角色。
硅和锗是最常见的半导体材料，氮化镓、磷化镓和砷化镓等新型半导体材料因其特殊的禁带宽度和良好的电子性能在特定应用领域中具有很大的潜力。
随着技术的发展，人们可以期待更多新型半导体材料的发现和应用。
化合物半导体材料简介
与GaAs材料相比，在器件制作中，InP材料具有下列优势: ①InP器件的电流峰-谷比高于GaAs，因此，InP器件比GaAs 器件有更高的转换效率; ②惯性能量时间常数小，只及GaAs的一半，故其工作频率的 极限比GaAs器件高出一倍; ③热导率比GaAs高，更有利于制作连续波器件; ④基于InP材料的InP器件有更好的噪声特性;
如在绝缘衬底上制备的硫化镉(CdS)薄膜，无光照时 的暗电阻为几十MΩ，当受光照后电阻值可以下降为几十 KΩ 此外，半导体的导电能力还随电场、磁场等的作用而改变
1.1 半导体材料的分类
中国科学院半导体研究所
Institute of Semiconductors,Chinese Academy of Sciences
1.1 半导体材料的分类
中国科学院半导体研究所
Institute of Semiconductors,Chinese Academy of Sciences
1.1.4 .1 砷化镓（GaAs）
砷化镓是由金属镓与半金属砷按原子比1:1化合而成的化合物。 它具有灰色的金属光泽，其晶体结构为闪锌矿型。
砷化镓早在1926年就已经被合成出来了。到了1952年确认了 它的半导体性质。
用砷化镓材料制作的器件频率响应好、速度快、工作温度高， 能满足集成光电子的需要。它是目前最重要的光电子材料，也 是继硅材料之后最重要的微电子材料，它适合于制造高频、高 速的器件和电路。
砷化镓在我们日常生活中的一些应用:
InP的禁带宽度为1.34eV，InP高转换效率的太阳能电池，具有高抗辐射 性能被用于空间卫星的太阳能电池，对未来航空技术的开发利用起着重 要的推动作用。
1.1 半导体材料的分类
1.1.4.2 磷化铟（InP）
半导体材料
一，半导体材料概述半导体材料是一类具有半导体性能、可用来制作半导体器件和集成电路的电子材料，其电导率在10（U-3）～10（U-9）欧姆/厘米范围内。
正是利用半导体材料的这些性质，才制造出功能多样的半导体器件。
半导体材料是半导体工业的基础，它的发展对半导体技术的发展有极大的影响。
1.1半导体材料的分类半导体材料按化学成分和内部结构，大致可分为以下几类。
1、化合物半导体由两种或两种以上的元素化合而成的半导体材料。
它的种类很多，重要的有砷化镓、磷化铟、锑化铟、碳化硅、硫化镉及镓砷硅等。
其中砷化镓是制造微波器件和集成电的重要材料。
碳化硅由于其抗辐射能力强、耐高温和化学稳定性好，在航天技术领域有着广泛的应用。
2、无定形半导体材料用作半导体的玻璃是一种非晶体无定形半导体材料，分为氧化物玻璃和非氧化物玻璃两种。
这类材料具有良好的开关和记忆特性和很强的抗辐射能力，主要用来制造阈值开关、记忆开关和固体显示器件。
3、元素半导体有锗、硅、硒、硼、碲、锑等。
50年代，锗在半导体中占主导地位，但锗半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差，到60年代后期逐渐被硅材料取代。
用硅制造的半导体器件，耐高温和抗辐射性能较好，特别适宜制作大功率器件。
因此，硅已成为应用最多的一种半导体材料，目前的集成电路大多数是用硅材料制造的。
4、有机增导体材料已知的有机半导体材料有几十种，包括萘、蒽、聚丙烯腈、酞菁和一些芳香族化合物等，目前尚未得到应用。
半导体材料的特性参数对于材料应用甚为重要。
因为不同的特性决定不同的用途。
1.2半导体材料特性半导体材料的导电性对某些微量杂质极敏感。
纯度很高的半导体材料称为本征半导体，常温下其电阻率很高，是电的不良导体。
在高纯半导体材料中掺入适当杂质后，由于杂质原子提供导电载流子，使材料的电阻率大为降低。
这种掺杂半导体常称为杂质半导体。
杂质半导体靠导带电子导电的称N型半导体，靠价带空穴导电的称P型半导体。
不同类型半导体间接触（构成PN结）或半导体与金属接触时，因电子（或空穴）浓度差而产生扩散，在接触处形成位垒，因而这类接触具有单向导电性。
光芯片化合物半导体
光芯片化合物半导体
光芯片，一般是由化合物半导体材料（如InP和GaAs等）所制造，通过内部能级跃迁过程伴随的光子的产生和吸收，进而实现光电信号的相互转换。
相比于电子集成电路或电互联技术，光芯片展现出了更低的传输损耗、更宽的传输带宽、更小的时间延迟以及更强的抗电磁干扰能力。
此外，光互联还可以通过使用多种复用方式（例如波分复用WDM、模分互用MDM等）来提高传输媒质内的通信容量。
因此，建立在集成光路基础上的片上光互联被认为是一种极具潜力的技术，能够有效突破传统集成电路物理极限上的瓶颈。
在过去的数年里，光子集成技术的发展已经取得了许多进展和突破。
近年来随着技术的发展，包括硅、氮化硅、磷化铟、III-V族化合物、铌酸锂、聚合物等多种材料体系已被用于研发单片集成或混合集成的光子芯片。
如需更多信息，可以咨询微电子学与固体电子学专家获取。
三五族化合物半导体 晶体
三五族化合物半导体晶体三五族化合物半导体的晶体结构三五族化合物半导体是一种重要的半导体材料，广泛应用于各种电子和光电器件中。
这些化合物的晶体结构决定了它们的电气和光学性质。
晶体结构三五族化合物半导体通常具有纤锌矿结构，属于立方晶系。
该结构由两种原子组成：一种三族元素原子（如In、Ga、Al），另一种五族元素原子（如As、P、N）。
原子排列成一个称为单位晶格的重复模式。
单位晶格单位晶格由两个面心立方（FCC）子晶格组成，这两个子晶格相互交错，每个子晶格中的原子位于另一个子晶格中原子之间的八面体孔隙中。
三族元素原子占据一个子晶格，五族元素原子占据另一个子晶格。
晶胞参数晶胞参数是描述晶体结构的度量。
三五族化合物半导体的晶胞参数通常用魏格纳-塞茨半径（r）表示，它等于原子核与最近邻原子核之间的平均距离。
原子键三五族化合物半导体中的原子通过共价键结合。
每个原子与相邻的四个原子通过共用电子对形成共价键。
这些键形成一个三维网络，使晶体具有半导体的电气性质。
晶体对称性纤锌矿结构具有高度的对称性，属于 m3m 点群。
这意味着晶体在各个方向上表现出相同的对称性。
这种对称性影响晶体的物理性质，例如导电性和光学性质。
缺陷晶体缺陷是晶体结构中的不规则性，会影响材料的性质。
在三五族化合物半导体中，常见的缺陷包括空位、间隙原子和反位点缺陷。
这些缺陷可以改变晶体的电气和光学性质。
应用三五族化合物半导体因其独特的电气和光学性质而被广泛应用于各种电子和光电器件中。
例如：发光二极管（LED）激光二极管太阳能电池光电探测器高频电子器件三五族化合物半导体持续的研究和开发推动了这些材料在光电子学、能量转换和电子器件领域的不断创新和进步。
化合物半导体用途
化合物半导体用途
在现代电子技术领域中，化合物半导体作为一种重要的材料在各种电子设备中
发挥着重要作用。
化合物半导体主要是指由两种或两种以上元素组成的半导体材料，其晶格构型和电子结构与纯硅（Si）等传统半导体有所不同，具有许多优良的电学
性能和光学性能，为电子器件的发展带来了新的可能性。
化合物半导体在现代科技应用中的用途多种多样，其中最为重要的领域之一是
光电子器件。
光电子器件是指利用光电效应来实现能量转换和信号处理的一类电子器件，如光伏电池、激光器、光电探测器等。
化合物半导体在光电子器件中被广泛应用，由于其较高的光电转换效率和较宽的光学带隙，使其在太阳能利用、通信、医疗领域等方面具有独特的优势。
例如，氮化镓（GaN）半导体被广泛应用于高亮
度LED照明产业中，提高了节能环保等方面的性能。
此外，化合物半导体还在微波通信、微波雷达、功率放大器等领域展现出广泛
的应用。
其高频特性和低噪声特性使其在通信领域中得到广泛应用，提高了通信信号传输的质量和稳定性。
同时，化合物半导体在功率放大器中的应用也大大提高了功率密度和效率，广泛应用于射频功率放大、激光器驱动等领域。
除此之外，化合物半导体还在太赫兹波领域、光通信领域、生物医学等领域展
现出了巨大的应用潜力。
通过不断的研究和开发，化合物半导体材料将会在电子技术领域发挥越来越重要的作用。
综上所述，化合物半导体作为新型半导体材料，在光电子器件、通信领域、功
率放大器等方面展现出了广阔的应用前景。
其优秀的电学性能和光学性能为电子器件的创新和发展提供了坚实的基础，将会在未来的科技应用中扮演着重要的角色。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
GaAs物理性质
GaAs晶体呈暗灰色，有金属光泽 晶格参数与化学计量比有关
18
GaAs化学性质
GaAs室温下不溶于盐酸，可与浓硝酸
反应，易溶于王水
化
学
性
室温下，GaAs在水蒸气和氧气中稳定
质 加热到6000C开始氧，加热到800oC以 上开始离解
19
GaAs电学性质
电子的速度
44
4.2 II-VI族化合物半导体材料
II-VI族化合物离子键成分更多，极性更强，具有 更高的蒸气压，生长单晶更为困难。
II-VI族化合物均为直接跃迁带隙结构，带隙比III-V 族要大；
II-VI族化合物半导体均为直接跃迁，随平均原子 序数增加，带隙逐渐减小。
本征载流子浓度较低，其电导主要由缺陷引起。
红光 绿光 紫光
40
日亚公司1994年首创用MOCVD制备了GaN LED
中村修二，蓝色LED
41
市场分布分析
2003年全球GaN基LED芯片产量
按全球LED市场划分， 目前市场主要集中在 日本、美国、欧洲等 发达国家和地区，仅 日本、美国市场就占 到全球的60％以上。
按应用领域划分，目前，高亮度LED主要用途及市场有 显示器背光源（如手机、PDA）、标志（如户外显示）、 景观照明、汽车、电子设备、交通信号灯及照明等。
电阻率？
21
22
23
GaAs光学性质
直接带隙结构
折射率与温度、波长有关： n T、λ
发光效率比其它半导体材料要高得多， 可以制备发光二极管，光电器件和半导 体激光器等
24
GaAs优缺点
25
26
GaAs的应用
27
28
29
4.1.2 InP
1910年，蒂尔合成出InP，是最早制备出来的III-V 族化合物；
传输损耗最小的波段； InP的热导率比GaAs好，散热效能好 InP是重要的衬底材料：制备半绝缘体单晶
31
4.1.3 GaN
1928年被合成。化学性质稳定。 稳定结构为纤锌矿结构，键能大，熔点较高，晶格常数
较小 GaN禁带宽度为3.4 eV 非掺杂是n型半导体；Mg掺杂是p型半导体
晶体结 带隙 ni（cm-3） μn
μp
构 （eV）
（cm2/Vs）（cm2/Vs）
闪锌矿 1.42 1.3×106 8500
320
闪锌矿 2.27
150
120
纤锌矿 3.4
900
10
闪锌矿 0.35 8.1×1014 3300
450
闪锌矿 1.35 6.9×107 5400
150
纤锌矿 0.7
4400
性杂质。 Cu、Au、Fe、Cr等过渡金属杂质，深能级。
15
16
GaAs单晶中的缺陷
点缺陷：空位、间隙、反位，及复合缺陷。 位错：非辐射复合中心，降低少子寿命。位错密度104-
105cm-2.基本性质决定难以生长无位错单晶。来源：籽 晶位错、晶体生长中的热应力、晶体加工过程的机械应力 等。 缺陷的H钝化：钝化位错和杂质的悬挂键。在250400oC的H等离子体气氛中进行，但钝化过程中容易引 起表面损伤和粗糙，甚至导致As的外扩散，形成As的表 面损耗层，也会使材料性能降低。
构和由As原子组成的面心立方结构沿对角 线方向移动1/4间距套构而成。
11
[111]为极化轴，(111)面是Ga面，(111)面是As面，两个面的物理化学性质大不相同。
12
极性的影响
（1）解理面－－原子面密度最高、面间距最大
不是{111}而是{110}；Si(111)是自然解理面
（2）腐蚀速度－－B面（V族）易腐蚀
42
氮化镓与其它半导体材料的比较
特性
硅 Si
带隙（eV） 1.1
300K电子迁 移（cm2/Vs ）
1500
电子饱和速度 （107cm/s） 1.0
击穿场强 （MV/cm）
0.3
热导率 （W/cm*K）
1.5
介电常数ε 11.8
砷化镓 GaAs
1.42
8500
半导体材料
磷化铟InP 碳化硅SiC
1.35
投入资金50亿日元
到2007年 30%的白炽灯 被置换为半导体照明灯
38
高亮度白光LED的实现
通过红、绿、 蓝三种LED组 合成为白光
基于紫外光LED， 通过三基色粉，组
合成为白光
基于蓝光LED，通过 黄色荧光粉激发出黄 光，组合成为白光
39
Eg
h
hc
Ge： Eg＝0.67 eV GaP：Eg＝2.25 eV GaN：Eg＝3.4 eV
极性越强。 组成元素的原子序数之和越大，材料熔点
越低，带隙越小
8
III-V族 化合物 半导体
4.1.1 GaAs 4.1.2 InP 4.1.3 GaN
9
4.1.1 GaAS
晶体结构 能带结构 杂质和缺陷 物理性质 化学性质 电学性质 光学性质
10
GaAs晶体结构 闪锌矿结构，由Ga原子组成的面心立方结
2. 提高光存储密度. DVD的光存储密度与作为读写器件的半导体激光器的波长平方成反比， 如果DVD使用GaN基短波长半导体激光器，则其光存储密度将比当前使 用GaAs基半导体激光器的同类产品提高4－5倍，因此，宽禁带半导体 技术还将成为光存储和处理的主流技术。
3. 改善军事系统与装备性能。 高温、高频、高功率微波器件是雷达、通信等军事领域急需的电子器件， 如果目前使用的微波功率管输出功率密度提高一个数量级，微波器件的 工作温度将提高到300℃，不仅将大大提高雷达（尤其是相控阵雷达）、 通信、电子对抗以及智能武器等军事系统与装备的性能，而且将解决航 天与航空用电子装备以及民用移动通信系统的一系列难题。
纤锌矿 6.24
300
14
4
III-V族化合物半导体性质
III-V族 化合物 半导体 性质
（1）带隙较大－－带隙大于1.1eV （2）直接跃迁能带结构 －－光电转换效率高 （3）电子迁移率高－－高频、高速器件 （4）带隙随温度变化
5
带隙和温度的关系
T 2 Eg (T ) Eg (0) T
发光二极管Light-Emitting Diode 是由数层很薄的掺杂 半导体材料制成。
当通过正向电流时，n区电子 获得能量越过PN结的空间电 荷区与p区的空穴复合以光的 形式释放出能量。
34
LED应用
半导体白光照明 车内照明 交通信号灯 装饰灯 大屏幕全彩色显示系统 太阳能照明系统 其他照明领域 紫外、蓝光激光器
48
II－VI化合物的应用
重要的光学和光电材料，在整个可见光波段都是直接带 隙，发光效率高
制备平面彩色显示器，激光，发光器件，等 ZnS，薄膜场致发光显示器 CdTe高能辐射，高能粒子探测器 太阳电池，CdS/CdTe 理论转换效率30%，大面积10％ 热、远红外探测：可以制备一些大气窗口的探测器
14
GaAs单晶中的杂质
GaAs晶体纯度比Si低，含有多种杂质。杂质对GaAs性能的影响取 决于其性质和在晶体中的位置。
B、Al、In等III族元素取代Ga，P、Sb等V族元素取代As，不影 响电学性能。若过量会产生沉淀形成位错，恶化器件性能。
S、Se、Te等VI族元素通常取代As，浅施主。 Zn、Be、Mg、Cd、Hg等II族元素，通常取代Ga，浅受主。 C、Si、Ge、Sn、Pb等IV族元素，可取代Ga、As或同时取代，两
InP单晶体呈暗灰色，有金属光泽 室温下与空气中稳定，360oC下开始离解 溶于王水、溴甲醇、室温可与盐酸反应，与碱反应
非常缓慢。
30
InP特性
高电场下，电子峰值漂移速度高于GaAs中的电子，是 制备超高速、超高频器件的良好材料；
InP作为转移电子效应器件材料，某些性能优于GaAs InP的直接跃迁带隙为1.35 eV，正好对应于光纤通信中
油消耗。
台湾
25％白炽灯及 节省110亿度电， 100％日光灯被 约合1座核电厂 白光LED取代 发电量。
37
美国半导体照明计划
日本21世纪照明计划
从2000年起国家投资5亿美 元
到2010年 55%的白炽灯和荧 光灯被半导体灯取代
每年节电达350亿美元
2015年形成每年500亿美元 的半导体照明产业市场
49
II-VI族化合物半导体量子点
TiO2 particles TiO2 nanotube
36
半导体照明是21世纪最具发展前景的高技术领域之一
地区＼条 件·效益
条件
能源节约
降低二氧化碳 排放
美国 日本
5％白炽灯及55 ％日光灯被白光
LED取代
每年节省350 亿美元电费。
每年减少7.55 亿吨二氧化碳
排放量。
100％白炽灯被 白光LED取代
可少建1-2座核 电厂。
每年节省10亿 公升以上的原
模
型
高温下，材料中存在着中性的和电离的 点缺陷
冷却过程中，空位和杂质相互作用形成 复合体和沉淀，其他点缺陷消失在表面或 位错处，电学性质只与沉淀之外的杂质有 关。
47
定量描述自补偿度的方法
Eg 1 H V
Eg 1 H V
不易制成n型或者p型材料 容易制成n型或者p型材料
Eg，ΔHv是材料带隙和空位形成焓。
45
自补偿
自补偿：掺入的杂质被同时引入的具有相反电荷的缺陷中 心所补偿，使掺杂失效。