第六章III-V族化合物半导体

GaAs晶体生长的两个途径
熔体生Байду номын сангаас：先合成1:1的化合物熔体然后直
接由熔体中生长其单晶 溶液生长：由某一组分的溶液中生长化合 物晶体（常以III族元素作溶剂）
对Ga-As体系精细相图
GaAs在加热时发生的一些可逆反应 熔体生长的GaAs晶体一般含有较多的Ga空
位

GaAs的物理、化学性质
暗灰色，有金属光泽 其晶格常数随T及化学计量偏离有关，
a（富As）<a（富Ga） 室温下对H2O和O2是稳定的 大气中600℃以上开始氧化 真空中800 ℃以上开始离解 与盐酸×与浓硝酸∨易溶于王水
GaAs的能带结构与Gunn效应
GaAs能带结构和Gunn效应
第六章 III-V族化合物半导体
IIIA元素：B 、Al、Ga、In
VA元素： N、P、As、Sb 组合形成的化合物15种（BSb除外） 目前得到实用的III-V族化合物半导体 GaN GaP GaAs InP GaSb InSb InAs 原子序数之和：由小→大 材料熔点：由高→低 带隙宽度：由大→小

6-2 GaAs单晶的生长方法
选择合适晶体生长方法及条件的依据：相图
非凝聚体系相图与凝聚体系相图的差别 非凝聚体系P-T-X相图

GaAs作为重要半导体材料的 主要特征
直接带隙，光电材料 迁移率高，适于制作超高频超高速器件和电路 易于制成非掺杂半绝缘单晶，IC中不必作绝缘
隔离层，简化IC，减少寄生电容，提高集成度 Eg较大，可在较高温度下工作 抗辐射能力强 太阳电池，转换率比Si高 Gunn效应，新型功能器件
与Si相比，III-V二元化合物半导体的 独特性质
带隙较大，大部分室温时＞1.1eV,因而所制 造的器件耐受较大功率，工作温度更高 2. 大都为直接跃迁型能带，因而其光电转换效 率高，适合制作光电器件，如LED、LD、太 阳电池等。GaP虽为间接带隙，但Eg较大， 掺入等电子杂质所形成的束缚激子发光仍可 得到较高的发光效率。红、黄、绿光的LED 的主要材料之一 3. 电子迁移率高，很适合制备高频、高速器件
极性（闪锌矿是非中心对称的）
极性对解理性、表面腐蚀及晶体生 长的影响
主要解理面不是｛111｝而是｛110｝ 对一些特定腐蚀剂的表面腐蚀行为不同。 B面电负性大，化学活性强，更易于氧化 对于含氧化剂的腐蚀剂腐蚀速度：B面＞A面 对晶体生长的影响 B面易生长出单晶，晶体位错密度较低 对杂质的引入，补偿等都有影响 极性还会在晶片加工中引起损伤层厚度，表 面完整性等方面存在差异
1.
6-1 III-V化合物半导体的性质
晶体结构 化学键 极性 极性对解理性、表面腐蚀及晶体生长的影响
晶体结构
化学键
除共价键外还有一定成分离子键，这使它 除共价键外还有一定
的化学键有一定极性。 离子键成分的大小与组成原子间电负性差 有关，差越大，离子键成分越大，极性也 越强。 A：IIIA B：VA A —B 电偶极层 A边和B边化学键，有效电荷不同，电学和 化学性质很不相同
能带结构：直接带隙 导带中有两个次能谷X，L，与主能谷能量差不大 主能谷中：电子有效质量较小，迁移率较高 次能谷种：电子有效质量大，迁移率小，态密度大， 室温下：电子处于主能谷 当外电场超过某一阈值时： 电子由主能谷→次能谷，迁移率由大→小， 出现：电场增大，电流减小的负阻效应 体效应（电子转移效应），Gunn效应（1963年）