砷化镓材料物理特性及应用
砷化镓太阳能电池研究报告 材五第三组
砷化镓太阳能电池研究报告摘要：美国的阿尔塔设备公司使用外延层剥离技术，用砷化镓制造出了最高转化效率达28.4%的薄膜太阳能电池。
这种电池不仅打破了此前的转化效率，其成本也低于其他太阳能电池。
该太阳能电池效率提升的关键并非是让其吸收更多光子而是让其释放出更多光子，未来用砷化镓制造的太阳能电池有望突破能效转化记录的极限。
目前效率最高的商用太阳能电池由单晶硅圆制造，最高转化效率为23%。
砷化镓虽然比硅贵，但其收集光子的效率更高。
就性价比而言，砷化镓是制造太阳能电池的理想材料。
1.砷化镓结构及光电性能砷化镓属于Ⅲ－Ⅴ族化合物，是一种重要的半导体材料，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℃。
在300 K 时，砷化镓材料禁带宽度为1.42 eV，如图1。
图1砷化镓能带结构简图砷化镓在自然条件下的结晶态通常具有两种晶体结构：闪锌矿结构或正斜方晶结构。
其中．正斜方晶结构的GaAs只能在高压下获得，闪锌矿结构是室温下GaAs 的最稳定构型。
闪锌矿的晶体构如图2所示。
图2 砷化镓晶体闪锌矿结构闪锌矿的GaAs晶体结构属立方晶系F43m空间群，晶格常数a=O 56535nm．配位数Z=4。
如图2所示的GaAs结构是立方面心格子，Ga2+位于立方面心的结点位置．As交错地分布于立方体内的l／8小立方体的中心，每个Ga2+周围有4个As与之成键．同样，每个As2-。
周围有4个Ga2+，阴阳离子的配位数都是4。
如果将As2-看成是作立方紧密堆积，则Ga2+充填于l／2的四面体空隙。
而正斜方晶结构在高压下才能获得，在温度为300K时，随着压强的增加，GaAs发生从闪锌矿结构GaAs 到正斜方晶GaAs．II的相变。
图3砷化镓能带结构图砷化镓是典型的直接跃迁型能带结构，其能带结构如图3所示。
砷化镓的价带极大值位于布里渊区中心k＝O处；导带极小值也位于k＝0的逊，等能面为球面。
砷化镓单晶的制备及应用
砷化镓单晶的制备及应用李卫学号24101901672 序号38摘要随着全球科技的快速发展,当今世界已经进入了信息时代.作为信息领域的命脉，光电子技术和微电子技术无疑成为了科技发展的焦点。
砷化镓作为第二代III-V族化合物半导体材料，现在虽然还没有硅材料应用的普及，但它凭借着工作速度和频率上的优势也在迅速地扩大着它的使用领域。
为了能让大家更好地了解砷化镓这个具有无限潜力和广阔前景的半导体单晶,我决定对砷化镓的制备工艺过程及其应用做一些介绍。
一、砷化镓的制备过程随着对砷化镓使用的愈加广泛，人类对砷化镓的制备工艺也在进行着不断地研究和完善，到目前为止已经有多种砷化镓的制备工艺技术，其中最主要的要属水平布里奇曼法和液态密封法。
下面我将对液态密封法制备砷化镓工艺全过程做一些介绍。
液态密封法也称LEP法或LEC法，它是目前拉制大直径III—V族化合物晶体的最重要的方法。
它的大概过程是再高压炉内，将欲拉制的化合物材料盛于石英坩埚中，上面覆盖一层透明而黏滞的惰性熔体，将整个化合物熔体密封起来，然后再在惰性熔体上充以一定压力的惰性气体，用此法来抑制化合物材料的离解。
LEC法制备砷化镓单晶的工艺流程如下：1.装料：一石英杯装Ga，一石英安瓶装As，石英坩埚中装B2O3.2。
抽真空下,B2O3加热脱水（900—1000度），Ga杯，As瓶烘烤除去氧化膜。
3。
降温至600—700度，将Ga倒入坩埚内沉没在B2O3下，充Ar气。
3．降温至600-700度，将Ga倒入坩埚内沉没在B2O3下，充Ar气。
4.As安瓶下端的毛细管尖插入Ga夜中,升温至合成温度，As受热气化溶入Ga内生长GaAs。
5。
拔出安瓶管，并按Si直拉法拉晶程序，引晶-缩颈-放肩-等径生长—收尾拉光等步骤拉制GaAs单晶.下面对整个制备工艺过程的几个方面加以详细介绍：(一）、密封化合物熔体的惰性熔体应具备以下条件:1.密度比化合物材料小,熔化后能浮在化合物熔体上面。
砷化镓材料技术发展及需求
砷化镓材料技术发展及需求周春锋;兰天平;孙强【摘要】介绍了HB、LEC、FEC、VCZ、VB、VGF砷化镓单晶炉及生长技术,分析了各种生长技术的优缺点及发展趋势.HB砷化镓多晶合成和单晶生长可以同时完成,生长温度梯度小、位错小、应力小;其缺点为不易生长半绝缘砷化镓单晶材料.LEC法生长过程可见,成晶情况可控,可生长大尺寸、长单晶;其缺点是晶体温度梯度大、位错密度高、应力高、晶体等径控制差.VBNGF法生长出的单晶位错密度和残留应力比LEC法低,晶体等径好,适合规模生产;其缺点在于容易产生双晶、线性缺陷和花晶,过于依赖生长系统重复性和稳定性.【期刊名称】《天津科技》【年(卷),期】2015(042)003【总页数】5页(P11-15)【关键词】砷化镓;单晶生长;HB;LEC;VB;VGF【作者】周春锋;兰天平;孙强【作者单位】中国电子科技集团公司第四十六研究所天津300220;中国电子科技集团公司第四十六研究所天津300220;中国电子科技集团公司第四十六研究所天津300220【正文语种】中文【中图分类】TN304.2砷化镓(GaAs)是目前最成熟的化合物半导体材料之一，[1]与硅(Si)相比，具有禁带宽(1.42,eV)、电子迁移率高(8,500,cm2/V·s)、电子饱和漂移速度高、能带结构为直接带隙等特性。
这些特性决定了其在高频、高速、高温及抗辐照等微电子器件研制中的主要地位。
GaAs的直接带隙特性决定了其也可以制作光电器件和太阳能电池。
GaAs材料分为两类，即半绝缘砷化镓材料和半导体砷化镓材料。
在半绝缘砷化镓材料上可制作 MESFET、HEMT和HBT结构的电路，主要用于雷达、卫星电视广播、微波及毫米波通信、无线通信(以手机为代表)及光纤通信等领域。
半导体砷化镓材料主要应用于光通信有源器件(LD)、半导体发光二极管(LED)、可见光激光器、近红外激光器、量子阱大功率激光器和高效太阳能电池等光电子领域。
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。
砷化镓材料
的，最大的区别就是热场与坩埚相对移动的方式不同。VGF技术， 坩埚是不移动的，而是调整各温区的温度，促使生长界面移动；
而VB技术中，热场固定不动，通过驱动坩埚进行移动，导致生
长界面产生相对运动，达到晶体生长的目的。由于控制过程的不 同，设备成本有很大的区别，VB工艺设备相对更便宜。
为2.5寸；生长周期长，同时熔体与石英舟反应引入 硅的沾污，无法得到高纯GaAs单晶。
LEC法
优点——可生长适用于直接离子注人的高纯非掺杂半绝缘单晶，
单晶纯度高，尺寸大，适于规模生产。 缺点——是结晶质量略差，位错密度较高，生长工艺复杂，工 艺设备昂贵，成本高。
为了进一步提高单晶的质量，随后又发展了一些新工艺， 主要是垂直梯度凝固法(VGF )和垂直布里奇曼法(VB ) 。
图2.1.LEC法示意图
2.1 GaAs单晶材料的制备
2.水平布里奇曼法（HB）
图2.2.HB法示意图
该方法的特点使熔体通过具有一定梯度的温区而获得单晶生长
2.1 GaAs单晶材料的制备
LEC法和HB法是初期的GaAs晶体生长的工艺方法，有一定质量高，工艺设备较简单。 缺点——晶锭尺寸和形状受石英舟形状的限制，最大晶体尺寸
1.4GaAs材料的性能的优缺点
与硅材料比较，砷化镓具有以下优势： 高的能量转换效率：直接跃迁型能带结构，GaAs的能隙为1.43eV，处
于最佳的能隙为1.4～1.5eV之间，具有较高的能量转换率；
电子迁移率高； 易于制成非掺杂的半绝缘体单晶材料，其电阻率可达 以上；
抗辐射性能好：由于III-V族化合物是直接能隙，少数载流子扩散长度较
砷化镓的制备和使用1
砷化镓的制备和应用摘要：砷化镓（SaAs）半导体材料与传统的硅材料相比有着自己特有的属性。
砷化镓属III-V族半导体,具有高速、高频、耐高温、低噪声和发光等特点.是继锗、硅之后最主要的半导体材料之一.它具有迁移率高,禁带宽度大(1.43eV),抗辐射等特点。
因此我们在这里讲述一下砷化镓的制备和应用。
英文摘要：Gallium arsenide (SaAs) semiconductor materials and the traditional material than silicon has their own special attributes. Gallium arsenide of iii-v semiconductor, high speed, high frequency, high temperature resistant, low noise and light, etc. Is the silicon germanium, after one of the most major semiconductor materials. It has a high mobility, forbidden band width big (1.43 eV), resist radiation etc. Characteristics. So here we describe a gallium arsenide of preparation and application.关键词：砷化镓、水平布里奇曼法（横拉法）、液态密封法、制备、通讯应用引言：砷化稼材料是除硅单晶之外最重要、用途最广泛的化合物半导体材料之一。
在微电子和光电子领域有巨大的应用空间，主要用于制作高速、高频、大功率电子器件。
随着全球半导体产业的发展，砷化稼晶片的需求迅速增大，我们在这里就来研究一下砷化镓的制备和应用。
内容：制作砷化镓的方法有两种：一种是水平布里奇曼法又叫横拉法；另一种叫做液态密封法又叫LEP法或者LEC法。
关于半导体材料硅和砷化镓的钎焊
关于半导体材料硅和砷化镓的钎焊半导体材料种类繁多，但除硅与砷化镓外，工业上利用钎焊技术进行链接的并不多。
再者，半导体材料的特性与所含杂质的成分和数量有关。
两种材料之间必须保证是欧姆接触。
为了保证材料的性质不变，在钎焊过程中，钎焊温度必须低于母材的最高工作温度。
钎焊方法分两种：一种为普通软钎焊，即用钎料片放置于半导体材料和管壳或引线之间进行钎焊；另一种为共晶钎焊，即在半导体材料上覆盖多层金属膜，升温过程中金属膜之间互相扩散成共晶成分，当温度达到共晶熔化温度时，金属膜融化使半导体材料与管壳等连到一起。
半导体材料的钎焊一般都在保护气氛中进行。
钎焊温度通常不超过450℃。
半导体材料是电阻率介于导体（主要是金属）和非导体（电介质）之间的一类物质。
它们的点阻力介于10-4~109Ω·cm之间。
半导体材料的应用特性极大地依赖于其中所含的微量杂质。
若半导体材料中的杂质含量从10-9变到10-2，则它的电导率会变化数百万倍。
半导体材料的另一个特征是，它传导电流时不仅依靠电荷——电子，而且依靠在数量上与电子相等的正电荷——空穴。
电子导电性称为n型导电性，空穴导电性称为p型导电性。
具有半导体性质的材料种类繁多，按化学成分可分成六类。
1.元素半导体材料。
元素半导体材料有硼（B）、碳（C）、硅（Si）、锗（Ge）、锡（Sn）、磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、硫（S）、硒（Se）、碲（Te）和碘（I）等十二种元素。
硅、锗、硒是常用元素半导体材料。
硒是最早使用的元素半导体材料，主要用于制造硒整流器，硒光电池和静电复印半导体。
锗是一种稀有元素，是工业上最先实用化的半导体材料，由于在地壳中含量极少，大约为百万分之二，而且极为分散，因此料源十分贫乏。
锗的禁带宽度（0.67eV）比硅的宽度（1.08eV）小，因而锗器件的最高工作温度（≈100℃）较硅器件（≈250℃）低；锗的电阻率范围较硅小三个数量级；用于制造器件的品种少，不宜制作高反向耐压的大功率器件。
砷化镓功率器件-概述说明以及解释
砷化镓功率器件-概述说明以及解释1.引言1.1 概述砷化镓功率器件是一种基于砷化镓材料制造的高性能电力设备。
砷化镓材料具有优秀的电子特性和热特性，使得砷化镓功率器件在高频率、高功率和高温环境下具有出色的性能表现。
砷化镓功率器件已成为电子领域的重要组成部分，广泛应用于通信、能源、军事和工业等领域。
砷化镓功率器件的主要特点之一是其高功率密度。
相较于传统的硅功率器件，砷化镓功率器件可以在更小的体积内实现更高的功率输出，从而提高了设备的效率和性能。
此外，砷化镓功率器件具有较低的导通和开关损耗，使得其能够有效地减少能量的浪费，提高能源利用效率。
另外，砷化镓功率器件还具备较高的耐高温特性。
砷化镓材料的热导率和热稳定性优异，使得器件能够在高温环境下长时间稳定运行，不易受到热量的影响。
这在一些特殊的应用领域，如航空航天和军事设备中尤为重要。
总体而言，砷化镓功率器件凭借其高功率密度、低能量损耗和耐高温特性，在电力领域中具有重要的地位和广阔的应用前景。
未来随着制备技术的不断进步和创新，砷化镓功率器件有望在更多领域发挥重要作用，推动电子技术的发展与进步。
文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文将按照以下结构进行阐述和探讨砷化镓功率器件的相关内容：第一部分是引言部分，主要包括对砷化镓功率器件的概述、文章结构以及本文的目的。
在这一部分中，我们将对砷化镓功率器件进行简要介绍，并提供文章的整体结构和写作目的，以便读者能够清晰地了解本文的组织结构和阅读指南。
第二部分是正文部分，将详细探讨砷化镓功率器件的原理和特点、应用领域以及制备技术。
在2.1节中，我们将介绍砷化镓功率器件的工作原理和其特点，包括其高效能、高性能等方面。
在2.2节中，我们将探讨砷化镓功率器件在不同的应用领域中的广泛应用，包括通信、雷达、太阳能等。
在2.3节中，我们将详细介绍砷化镓功率器件的制备技术，包括材料选择、工艺流程等。
第三部分是结论部分，主要总结了砷化镓功率器件的优势和前景，挑战和发展方向以及文章的总结。
砷化镓半导体材料论文
接下来我将就制备单晶中涉及到的一些问题和知识进行一些讨论.
(1)制备出的单晶可能受到si的污染。这里有些能够抑制si污染的方法：
1、采用三温区横拉单晶炉改变炉温分布。
2、降低合成GaAs及拉晶时高温区温度。
3、压缩反应系统与GaAs熔体的体积比。
4、反应系统中添加O2、Ga2O3、As2O3，减少Si的影响。
制备砷气压有两种方法：一是采用石英密封系统，系统置于双温区炉中，低温端放As源控制系统中砷气压，高温端合成化合物并拉制晶体，而整个系统的问的都必须高于As源端温度，以防止As正气凝结。目前使用的水平布里奇曼法是这一类，污染少，纯度较高。第二种方法是在熔体上覆盖惰性熔体，在向单晶炉内充入大于熔体离解压的惰性气体，以控制熔体离解，一般惰性熔体用的是B2O3，所以这种方法通常称为B2O3液态密封法。生产效率高。
正文：首先，简单介绍一下半导体材料的一些特性和发展历史。导电能力介于道题与绝缘体之间的物质称为半导体。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。半导体材料的电学性质对光、热、电、磁灯外界因素的变化十分敏感，在半导体材料中掺入少量杂质可以控制这类材料的导电率。同时也是因为这些因素使得半导体材料可以制成多种多样的元器件，称为现代工业的基础。
下面我选择介绍的是GaAs，这是一种Ⅲ--Ⅴ族化合物半导体材料，到目前为止是一种用来制作微波器件和集成电路的重要材料。类比于其他种类的半导体材料，GaAs具有Ⅲ--Ⅴ族化合物半导体材料的独特性质：带隙大，制作的期间耐受较大功率，工作温度更高；为直接跃迁型带隙，因而光电转换效率高，适合制作光电器件；电子迁移率高，适合制作高频、高速器件。
GaAs是闪锌矿结构：V族原子的5个共价键电子中拿出一个给Ⅲ族原子，相互作用产生sp³杂化，形成类似金刚石结构的共价键。GaAs在300K时禁带宽度Eg为1.43eV，最高工作温度450。GaAs单晶的（111）A和（111）B面有不同的腐蚀性。
砷化镓材料物理特性及应用
砷化镓物理特性及应用院系：可再生能源学院专业：新能源材料与器件班级：能材1201 班姓名: 侯晓娟学号：082015年1月摘要：文章从砷化镓材料的结构，物理特性以及应用方面，对砷化镓材料进行了简单的介绍和了解。
川-V族半导体砷化镓具有禁带宽度大且为直接带隙、本征载流子浓度低，而且具有半绝缘性能，其具有耐热、耐辐射及对磁场敏感等特性，制造的器件也具有特殊用途和多样性，应用已经延伸到硅、锗器件所不能达到的领域，是用途广泛，非常重要的一种半导体材料。
关键词：砷化傢直接带隙结构川-v族半导体半绝缘砷化傢一. 引言化合物半导体材料砷化傢（GaAS和磷化铟（InP）是微电子和光电子的基础材料，而砷化镓则是化合物半导体中最重要、用途最广泛的半导体材料，也是目前研究得最成熟、生产量最大的化合物半导体材料。
由于砷化镓具有电子迁移率高（是硅的5~6倍）、禁带宽度大（它为，Si为）且为直接带隙，容易制成半绝缘材料（电阻率~ Jem）、本征载流子浓度低、光电特性好。
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。
此外,GaAs材料还具有耐热、耐辐射及对磁场敏感等特性。
所以,用该材料制造的器件也具有特殊用途和多样性，其应用已延伸到硅、锗器件所不能达到的领域。
即使在1998年世界半导体产业不景气的状况下,GaAs材料器件的销售市场仍然看好［1］。
当然,GaAs材料也存在一些不利因素，如:材料熔点蒸气压高、组分难控制、单晶生长速度慢、材料机械强度弱、完整性差及价格昂贵等，这都大大影响了其应用程度。
然而,GaAs材料所具有的独特性能及其在军事、民用和产业等领域的广泛用途，都极大地引起各国的高度重视，并投入大量资金进行开发和研究材料的结构砷化镓的晶体结构砷化傢晶格是由两个面心立方（fee）的子晶格（格点上分别是砷和傢的两个子晶格）沿空间体对角线位移1/4套构而成。
砷化镓材料物理特性及应用
砷化镓材料物理特性及应用砷化镓（Gallium Arsenide，GaAs）是一种重要的半导体材料，具有许多优秀的物理特性和广泛的应用领域。
砷化镓的物理特性主要包括以下几个方面：1. 常温下具有高的电子迁移率和较高的饱和漂移速度。
砷化镓的电子迁移率约为8500 cm²/Vs，是硅的3倍，这使得砷化镓器件在高频和高速应用中具有优势。
2. 它具有较高的光吸收系数和较高的光电流转换效率，适合用于光电器件。
砷化镓的光吸收系数约为10⁵ cm⁻¹，是硅的100倍，使其成为光电器件的理想选择。
3.它的带隙能够调节。
通过控制砷化镓中镓和砷的组分比例，可以制备出带隙从0.1eV到2.2eV的砷化镓材料，适合不同应用需求。
4. 它具有较高的绝缘子破裂电场强度和热导率。
砷化镓的绝缘子破裂电场强度约为4x10⁵ V/cm，是硅的10倍，这使得它能够承受更高的电场强度。
此外，砷化镓的热导率也较高，约为46.6 W/m·K，是硅的两倍。
砷化镓在各个领域具有广泛的应用：1.光电子器件：砷化镓材料在光电子器件中应用广泛，如光电二极管、激光器、太阳能电池等。
由于砷化镓的高光吸收系数和高光电流转换效率，使得光电器件在通信、光纤通信等领域有着重要的应用。
2.高频和高速器件：砷化镓具有高电子迁移率和高饱和漂移速度，使得它在高频和高速应用中有着重要的地位。
砷化镓可用于制作高速集成电路、微波器件、射频放大器等。
3.红外器件：由于砷化镓带隙能够调节，在红外光谱区域有着较好的吸收能力。
因此，砷化镓被广泛应用于红外探测器、热成像器件等领域。
4.光纤通信：砷化镓激光器是光纤通信中最重要的光源之一，在长达数百公里传输距离的光纤通信中具有广泛应用。
5.太阳能电池：由于砷化镓的高吸收系数和高电子迁移率，使得其在太阳能电池中具有很高的光电转换效率，并且对于光照不良的环境有较好的适应性。
总结起来，砷化镓作为一种具有优秀物理特性的半导体材料，在光电子器件、高频和高速器件、红外器件、光纤通信、太阳能电池等领域有着广泛应用。
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。
砷化镓的制备和使用1
砷化镓的制备和应用摘要：砷化镓（SaAs）半导体材料与传统的硅材料相比有着自己特有的属性。
砷化镓属III-V族半导体,具有高速、高频、耐高温、低噪声和发光等特点.是继锗、硅之后最主要的半导体材料之一.它具有迁移率高,禁带宽度大(1.43eV),抗辐射等特点。
因此我们在这里讲述一下砷化镓的制备和应用。
英文摘要：Gallium arsenide (SaAs) semiconductor materials and the traditional material than silicon has their own special attributes. Gallium arsenide of iii-v semiconductor, high speed, high frequency, high temperature resistant, low noise and light, etc. Is the silicon germanium, after one of the most major semiconductor materials. It has a high mobility, forbidden band width big (1.43 eV), resist radiation etc. Characteristics. So here we describe a gallium arsenide of preparation and application.关键词：砷化镓、水平布里奇曼法（横拉法）、液态密封法、制备、通讯应用引言：砷化稼材料是除硅单晶之外最重要、用途最广泛的化合物半导体材料之一。
在微电子和光电子领域有巨大的应用空间，主要用于制作高速、高频、大功率电子器件。
随着全球半导体产业的发展，砷化稼晶片的需求迅速增大，我们在这里就来研究一下砷化镓的制备和应用。
内容：制作砷化镓的方法有两种：一种是水平布里奇曼法又叫横拉法；另一种叫做液态密封法又叫LEP法或者LEC法。
GaAs
二、砷化镓晶体结构
• 砷化镓晶格是由两个面心立方(fcc)的子晶格(格点上分别是砷和镓的两个子晶格)沿空间体对角线 位移1/4套构而成。这种晶体结构在物理学上称之为闪锌矿结构。图1给出了砷化镓晶胞结构的示意 图,表1给出了在室温下目前已知砷化镓半导体材料的物理、电学参数。关于砷化镓的化学组成形 式,III-V族化合物共价键模型认为[2]:这类化合物形成四面体共价结合,成键时III族原子提供3个
值则位于k=0处,这意味着在砷化镓中,电子发生跃迁时可直接从导带底到达价带顶。与硅相比,电子
在从导带跃迁到价带过程中只需要能量的改变,而动量则不发生改变。这一性质使砷化镓在制造半 导体激光器(LD)和发光二极管(LED)方面具有得天独厚的优势,当一个电子从高能量导带进入低能量
价带时,多余能量便以光子的形式释放。另一方面,当砷化镓受到光照射时,价带中的电子便可从外
• 砷化镓和硅的漂移速度与电场强度关系
五、砷化镓中的杂质
• 在晶体生长过程中,会有意或无意地引入杂质。一般情况下,引入的杂质都是具有电活性的,但是有一 些引进的污染会在晶体中形成空位,从而不具有电活性。规定掺入的杂质在半导体中要么是施主原子, 要么是受主原子。施主原子是比其替代的原子多一个或一个以上的电子,这些多出的电子在晶体中可 以自由移动从而形成电流;相反,受主原子是比其替代的原子少一个或一个以上的电子,因此,受主原子 可以捕获晶体中的自由移动的电子。不管是在半导体中掺入哪一种类型的杂质,都会导致半导体材料 电学性能的改变。图5给出了纯净的砷化镓半导体中掺入了杂质后的能带示意图。浅施主杂质能级和 浅受主杂质能级分别位于禁带中靠近导带和价带的3kT能量范围内。由于使杂质能级中的载流子跃迁 到其对应的较高能级中所需能量非常小,所以在室温下,一般认为半导体中的杂质是完全电离的。因为 费米能级是表示能带中电子填充能级的水平,所以费米能级随所掺入的掺杂剂的种类而从中间位置移 到杂质能级附近。换句话说,当掺入施主杂质时,费米能级将会移动靠近导带,费米能级与导带底的能 级差随着掺杂浓度的增加而减小;受主杂质在导带中的行为与施主杂质恰恰相反。砷化镓中掺杂的目 的就是为了引入浅施主或浅受主杂质。如果引进杂质的能级位于禁带宽度中心区域,则称这种杂质为 深能级杂质。一般情况下,深能级杂质由于减少载流子的寿命从而会影响器件性能。
砷化镓材料的特性
砷化镓材料的特性常见的半导体材料•60年代之后，取代锗，称为最重要的半导体材料•锗：世界上第一个晶体管所用的材料•金刚石：新型材料•多为Ⅲ~Ⅴ族元素构成的化合，如GaAs、InP等•SiGe：锗化硅•SOI（绝缘层上硅）、SOD （金刚石上硅）•有机材料等元素半导体化合物半导体•砷化镓属Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体材料，（GaAs gallium arsenide）•黑灰色固体，分子量144结构特性应用•砷化镓为闪锌矿型晶格结构，晶格常数5.65×10-10m。
•闪锌矿结构，面心立方点阵，可以看为两个面心立方套构而成。
两类原子沿空间对角线彼此位移四分之一空间对角线长度套构思考：砷化镓中As原子与Ga原子的比例是多少？为什么？•物理性质•300K条件下，熔点1237℃，禁带宽度1.424eV。
•直接能隙的材料，可以用来发光。
而Si是间接能隙的材料，只能发射非常微弱的光•化学性质•在600℃以下，能在空气中稳定存在，并且不被非氧化性的酸侵蚀。
元素类别具体杂质杂质类型备注II族元素Be，Mg，Zn，Cd，Hg浅受主/P型Zn，Cd最常用VI族元素O S Se Te浅施主/N型IV族元素C，Si，Ge，Sn两性掺杂占砷位是受主，占镓位是施主I族元素Li，Na，Cu，Au，Ag深受主杂质过镀元素Cr，Fe，Mn，Co，Ni深受主杂质•砷化镓可作为半绝缘高阻材料，用于集成电路衬底、红外探测器、γ光子探测器等。
•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。
•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。
•它在高温下分解，故要生产理想化学配比的高纯的单晶材料，技术上要求比较高，被称为“半导体贵族”。
•电子迁移率比硅高6倍，多应用于超高速、超高频器件和集成电路中。
•砷化镓易碎砷化镓与硅的比较材料禁带宽度工作范围（温度）寿命杂质应用硅 1.12eV较好（250℃）中N型、P型集成电路锗0.67eV差（125℃）长N型、P型集成电路、光器件砷化镓 1.43eV电流特性好，材料特性差短N型、P型、中性高速电路、微波电路和光器件本课重点•砷化镓材料的性质•砷化镓材料的应用THANKS 谢谢。
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
砷化镓材料
❖ 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。
砷化镓材料物理特性及应用
砷化镓材料物理特性及应用砷化镓（Gallium Arsenide，GaAs）是一种重要的半导体材料，具有许多独特的物理特性和广泛的应用。
首先，砷化镓的晶体结构为非共价键结构，每个镓原子与四个砷原子形成化学键。
这种特殊的晶体结构决定了砷化镓具有较高的热稳定性和高载流子迁移率，使其在高频电子器件中具有广泛的应用。
此外，砷化镓的禁带宽度为1.4电子伏特，是硅的三倍左右，使其在高速和高频应用中有很大的优势。
其次，砷化镓具有优良的光电性质。
它能够吸收可见光和近红外光，因此在光电器件中有广泛的应用。
其中最重要的应用是太阳能电池和激光器。
砷化镓太阳能电池的效率高于硅太阳能电池，可以在较低的光强下产生更高的电压和电流。
此外，砷化镓激光器具有较窄的谱线宽度和高的单模输出功率，因此被广泛应用于光通信、光纤传感和材料加工等领域。
此外，砷化镓还具有很好的功率器件特性。
由于其高载流子迁移率和低饱和漂移速度，砷化镓能够制备出高速、高功率和低噪声的微波和毫米波器件。
例如，砷化镓高电子迁移率晶体管（HEMT）被广泛应用于无线通信、雷达和导航系统等领域。
此外，砷化镓还可以用于制备高功率红外激光器和高效率的能量转换器件。
最后，砷化镓还具有一些特殊的物理特性。
例如，砷化镓是一种极佳的热电材料，可以将热能转换成电能或者将电能转换成冷却效应。
这种特性使得砷化镓在热电转换、冷却器和热传感器等领域有很大的应用潜力。
此外，砷化镓还具有较高的电子饱和漂移速度和较低的噪声系数，因此可以制备高频和低噪声的放大器和混频器。
总之，砷化镓是一种重要的半导体材料，具有许多独特的物理特性和广泛的应用。
其在高频电子器件、光电器件、功率器件和热电材料等领域都有重要的应用价值。
随着科学技术的不断发展，相信砷化镓材料将会在更多的领域展现出其独特的优势和潜力。
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砷化镓物理特性及应用院系：可再生能源学院专业：新能源材料与器件班级：能材1201班**: ***学号：**********2015年1月摘要：文章从砷化镓材料的结构，物理特性以及应用方面，对砷化镓材料进行了简单的介绍和了解。
Ⅲ-Ⅴ族半导体砷化镓具有禁带宽度大且为直接带隙、本征载流子浓度低，而且具有半绝缘性能，其具有耐热、耐辐射及对磁场敏感等特性，制造的器件也具有特殊用途和多样性,应用已经延伸到硅、锗器件所不能达到的领域，是用途广泛，非常重要的一种半导体材料。
关键词：砷化镓直接带隙结构Ⅲ-Ⅴ族半导体半绝缘砷化镓一．引言化合物半导体材料砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）是微电子和光电子的基础材料，而砷化镓则是化合物半导体中最重要、用途最广泛的半导体材料，也是目前研究得最成熟、生产量最大的化合物半导体材料。
由于砷化镓具有电子迁移率高（是硅的5~6倍）、禁带宽度大（它为1.43eV，Si为1.1eV）且为直接带隙，容易制成半绝缘材料（电阻率107~109Ωcm）、本征载流子浓度低、光电特性好。
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。
此外, GaAs材料还具有耐热、耐辐射及对磁场敏感等特性。
所以,用该材料制造的器件也具有特殊用途和多样性,其应用已延伸到硅、锗器件所不能达到的领域。
即使在1998年世界半导体产业不景气的状况下, GaAs材料器件的销售市场仍然看好[1]。
当然, GaAs材料也存在一些不利因素,如:材料熔点蒸气压高、组分难控制、单晶生长速度慢、材料机械强度弱、完整性差及价格昂贵等,这都大大影响了其应用程度。
然而, GaAs材料所具有的独特性能及其在军事、民用和产业等领域的广泛用途,都极大地引起各国的高度重视,并投入大量资金进行开发和研究。
二．材料的结构2.1砷化镓的晶体结构砷化镓晶格是由两个面心立方(fcc)的子晶格(格点上分别是砷和镓的两个子晶格)沿空间体对角线位移1/4套构而成。
这种晶体结构在物理学上称之为闪锌矿结构。
图1给出了砷化镓晶胞结构的示意图,表1给出了在室温下目前已知砷化镓半导体材料的物理、电学参数。
关于砷化镓的化学组成形式,III-V族化合物共价键模型认为[2]:这类化合物形成四面体共价结合,成键时III族原子提供3个S2P1组态的价电子,而V族原子提供5个S2P3组态的价电子，它们之间平均每个原子有四个价电子，正好可用作形成四面体共价结合之用。
这类化合物以共价结合为主,但却混杂有部分离子结合性质。
这是由于V族元素的电负性比III族元素大,组成晶体时,部分电子将从电负性低的原子(III族元素)转移到电负性较高的原子(V族元素)中去,电荷的这种转移(极化)使III族元素带正电,V 族元素带负电。
如果引用有效电荷Z*e这个概念来描述这种电荷转移的程度,则“共价键”模型可认为砷化镓晶体以共价结合为主,但混杂有部分离子结合性质,每个离子带有效电荷Z*e。
2.2砷化镓的能带结构由量子理论知道,孤立原子周围的电子具有确定的能量值,当离散的原子聚集在一起形成晶体时,原子周围的电子将受到限制,不再是处于单个独立能级,而是处于一个能量允许的范围内,这一模型就是我们在半导体物理学上所谓的能带理论模型。
[3]图2给出了硅和砷化镓在k空间的能带结构示意图,由图可看出,硅的导带最小值与价带最大值位于不同k空间,而砷化镓的导带最小值与价带最大值则位于k=0处,这意味着在砷化镓中,电子发生跃迁时可直接从导带底到达价带顶。
与硅相比,电子在从导带跃迁到价带过程中只需要能量的改变,而动量则不发生改变。
这一性质使砷化镓在制造半导体激光器(LD)和发光二极管(LED)方面具有得天独厚的优势,当一个电子从高能量导带进入低能量价带时,多余能量便以光子的形式释放。
另一方面,当砷化镓受到光照射时,价带中的电子便可从外界得到能量而振动加剧,当此能量足够大时,便可使电子跃迁到导带,这一性质可使砷化镓应用于光电探测领域。
图2 砷化镓和硅的能带结构图三．材料的物理特性3.1.砷化镓材料的基本物理特性：砷化镓半导体材料是直接带隙结构，双能谷。
晶体呈暗灰色，有金属光泽。
GaAs室温下不溶于盐酸，可与浓硝酸反应，易溶于王水。
室温下，GaAs在水蒸气和氧气中稳定。
加热到6000C开始氧化，加热到8000C以上开始离解。
有效质量越低，电子速度越快。
GaAs中电子有效质量为自由电子的1/15，是硅电子的1/3，用GaAs制备的晶体管开关速度比硅的快3~4倍。
3.2.砷化镓材料的其他物理特性3.2.1砷化镓具有高迁移率,高饱合漂移速度[4]。
当半导体处于外场中时,在相继两次散射之间的自由时间内,载流子(比如电子)将被外场加速,从而获得沿一定方向的加速度。
因此,在有外场存在时,载流子除了做无规则的热运动外,还存着沿一定方向的有规则的漂移运动,漂移运动的速度称为漂移速度( v ),最大漂移速度称为饱合漂移速度。
漂移速度与电场的关系如图3所示。
砷化镓在弱电场状态(图3中虚线左边区域)下,电子迁移率约为8500cm2/(V·s),比 Si要大得多。
随着电场强度的增加 ,砷化镓的电子漂移速度达到一个峰值然后开始下降(图3中虚线右边区域)。
在漂移速度——电场强度特性曲线上某个特定点处的斜率即为该点的微分迁移率。
当曲线斜率为负时微分迁移率也为负,负微分迁移率产生负微分电阻,振荡器的设计就利用了这一特性。
图3 砷化镓和硅的漂移速度与电场强度关系3.2.2砷化镓还有一个重要的性能是半绝缘性,通过区域离子注入,其衬底内部仍然能保持电隔离。
这样的性质,使其非常适合用作生产集成电路所用衬底的材料。
另外,半绝缘砷化镓材料制成的器件,其寄生电容很小,这样可用来制造一些快速器件,比如开发的单片微波集成电路。
3.3.砷化镓的应用物理特性砷化镓电池作为Ⅲ-Ⅴ族半导体电池，与硅电池相比有很多特点：3.3.1光电转换效率高： GaAs的禁带宽度较Si为宽,GaAs的光谱响应特性和空间太阳光谱匹配能力亦比Si好,因此,GaAs太阳电池的光电转换效率高。
Si太阳电池理论效率为23%,而单结和多结GaAs太阳电池的理论效率分别为27%和50%。
3.3.2可制成薄膜和超薄型太阳电池：GaAs为直接跃迁型材料,而Si为间接跃迁型材料。
在可见光范围内,GaAs材料的光吸收系数远高于Si材料。
同样吸收95%的太阳光,GaAs太阳电池只需5~10µm的厚度,而Si太阳电池则需大于150µm。
因此,GaAs太阳电池能制成薄膜型,质量可大幅减小。
3.3.3耐高温性能好： GaAs的本征载流子浓度低,GaAs太阳电池的最大功率温度系数( -2×10−3℃−1)比Si太阳电池( -4.4×10−3℃−1)小很多。
200℃时,Si太阳电池已不能工作,而GaAs太阳电池的效率仍有约10%。
3.3.4抗辐射性能好： GaAs为直接禁带材料,少数载流子寿命较短,在离结几个扩散度外产生的损伤,对光电流和暗电流均无影响。
因此,其抗高能粒子辐照的性能优于间接禁带的Si太阳电池。
在电子能量为1 MeV,通量为1×1015个/cm2辐照条件下,辐照后与辐照前太阳电池输出功率比,GaAs单结太阳池>0.76,GaAs多结太阳电池>0. 81,而BSFSi太阳电池仅为0.70。
3.3.5可制成效率更高的多结叠层太阳电池： MOCVD技术的日益完善,Ⅲ-Ⅴ族三元、四元化合物半导体材料(GaInP、AlGaInP、GaInAs等)生长技术取得的重大进展,为多结叠层太阳电池研制提供了多种可供选择的材料。
[5] 四．材料的的应用4.1.砷化镓在光电子方面的应用同用其他材料制作的激光器相比,砷化镓激光器有很多优点:首先激光器件可以做得很小,如用砷化镓激光器制造的小型雷达,只有手电筒那样大,能产生1.0×10-11s脉冲和6W的功率,是一种战地条件下很有效的雷达;其次,砷化镓化合物半导体激光器件使用寿命长。
据报道,砷化镓激光器的寿命可达到2 700000 h;第三,容量大是砷化镓激光器又一个重要的优点,用这种激光器通讯可以携带几千路对话通讯光束。
4.2.砷化镓在微电子方面的应用砷化镓不仅可直接制作光电子器件，如发光二级管、可见光激光器、近红外激光器、量子阱大功率激光器、红外探测器和高效太阳能电池；而且在微电子方面，以半绝缘砷化镓为基体，用直接离子注入自对准平面工艺研制的砷化镓高速数字电路、微波单片电路、光电集成电路、低噪声及大功率场效应晶体管，且有速度快、频率高、低功耗和抗辐射等特点，不仅在国防上具有重要意义，在民用和国民经济建设中更有广泛应用。
同时由于太阳能电池、光纤通信和移动通信的发展，世界对砷化镓半导体材料的需求越来越大，砷化镓的重要性也在不断提高。
4.3.砷化镓在通信方面的应用半绝缘砷化镓材料主要用于高频通信器件，受到近年民用无线通信市场尤其是手机市场的拉动，半绝缘砷化镓材料的市场规模也出现了快速增长的局面[6]。
同时砷化镓太阳能电池作为新一代高性能长寿命空间主电源，必将逐步取代目前采用的硅电池在空间电伏领域占领主导地位。
我国航天事业飞速发展也需要高性能、长寿的空间主电源。
4.4.砷化镓在微波方面的应用与硅微波器件相比,砷化镓微波器件特点是:功率大、频率高、增益高、噪声小,并且能够在比较低的电压下工作,现在,砷化镓场效应晶体管和雪崩二极管的工作效率已经达到几十千兆周,有可能突破100千兆周,这在雷达和微波通讯方面,都有着极为重要的意义。
由于砷化镓微波器件增容高,噪声小,所以大大改善了微波系统的灵敏度。
砷化镓甘氏二级管可以在操作电压5V到7V的条件下工作。
所以砷化镓甘氏二级管,可以使用尺寸小和重量轻的电源,对宇宙空间技术有极为重要的意义。
4.5.砷化镓在太阳能电池方面的应用砷化镓是一种很有发展前途的制作太阳能电池的材料。
太阳能电池可以把太阳能直接转换为电能。
硅太阳能电池是世界上使用最多的一种,它的转换效率最高能够达到18%～20%,而砷化镓太阳能电池最大效率预计可以达到23%～26%,它是目前各种类型太阳能电池中效率预计最高的一种。
砷化镓太阳能电池抗辐射能力强,并且能在比较高的温度环境中工作。
这不仅对探索宇宙的研究提供了有利条件,而且也标志着人类在直接利用无穷无尽的太阳能方面又迈进了一步。
五．总结砷化镓作为Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，它的闪锌矿晶体结构和直接带隙结构让它具有相比于硅，锗更为优良的性能。
砷化镓具有更高的电子迁移率和饱和迁移速率，而且还有独特的半绝缘性，而且砷化镓材料还具有耐热、耐辐射及对磁场敏感等特性，使砷化镓材料具有特殊用途和多样性,应用已延伸到硅、锗器件所不能达到的领域。