第六章III-V族化合物半导体
半导体材料第6章III-V族化合物半导体的外延生长课后答案
第六章III-V族化合物半导体的外延生长1、缩写解释：①*HB：水平布里奇曼法，又叫横拉法。
两温区HB法生长GaAs：低温区使As形成高压As蒸汽，高温区使As蒸汽和Ga液反应生成GaAs溶液，然后由籽晶生成GaAs晶体。
②*LEC（LEP）：液态密封法。
在高压炉内，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，用此方法来抑制化合物材料的离解，用这种技术可以拉制GaAs、InP、GaP等的大直径单晶。
③SSD：合成溶质扩散法（synthesis solute diffusion)④VCZ：蒸汽控制直拉技术。
⑤VGF：垂直梯度凝固法。
2、从*能带结构特点比较硅和GaAs在应用上的不同。
答：①室温下，Si的Eg=1.12ev，GaAs的Eg=1.43ev，禁带宽度大，GaAs半导体器件的工作温度范围比Si器件的工作范围要大。
②Si是间接带隙半导体材料，不可用作发光材料，而GaAs是直接带隙半导体材料，可作为发光材料。
③GaAs具有双能谷能带结构，可以制作体效应微波二极管，而Si不能。
④GaAs的电子迁移率比Si大得多，有利于提高晶体管的高频性能。
3、解释作为间接带隙材料GaP为什么能成为可见光 LED的主要材料？答：GaP的发光机理是激子复合发光，激子是价带中的电子向导带跃迁时，由于能量不够，受到价带中的空穴的库仑力的作用而停留在禁带中形成电子-空穴对，此为激子。
由于等电子陷阱能级在k空间的扩展，在k=0附近通过直接跃迁，电子与空穴复合，因此可以效率较高的发光。
而GaP的Eg=2.26ev，对应发光波长为550nm，所以作为间接带隙材料的CaP能成为可见光LED的主要材料。
4、详细说明三温区横拉法中温度选择的依据。
（T1=1250℃、T2=1100℃、T3=610℃）。
答：在三温区横拉法中，采用的是三温区横拉单晶炉改变炉温分布。
III_V族化合物半导体整体多结级连太阳电池_光伏技术的新突破_续_
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评论ＩＩＩ－Ｖ族化合物半导体整体多结级连太阳电池—光伏技术的新突破（续）——陈文浚ＧａＩｎＰ２／ＧａＩｎＡｓ／Ｇｅ三结电池的效率水平从未超过晶格完全匹配，即Ｉｎ组分约为１％时的最高实践记录［３６］。
事实上，当Ｉｎ组分为１２％，即理论上效率应为最高时，迄今为止实际所达到的三结电池效率要更低得多［３２］。
上述晶格失配的ＧａＩｎＰ２／ＧａＩｎＡｓ／Ｇｅ三结电池的性能难以提高，是因为对电池转换效率贡献最大的ＧａＩｎＰ２／ＧａＩｎＡｓ两级顶电池的晶体质量仍难免或多或少地受到失配缺陷的影响。
最近有人提出了一个很有希望的新方案，即以ＧａＡｓ为衬底，先反次序生长晶格匹配的ＧａＩｎＰ顶电池和ＧａＡｓ中间电池。
带然后，在ＧａＩｎＰ组分过渡层后，生长Ｉｎ组分为２５％、隙宽度为１．０ｅＶ、格失配的ＧａＩｎＡｓ，代替Ｇｅ作为第三级底电晶作者近照池［３７￣３９］。
在制作器件时，将电池外延层从ＧａＡｓ衬底上剥离下３基于ＧａＡｓ的空间用多结级连太阳电池进一步的研究课题３．１用晶格失配的材料系统实现与太阳光谱更好的匹配前面已提到，与Ｇｅ晶格匹配的ＧａＩｎＰ２／Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓ／Ｇｅ三结电池材料系统无论对于空间还是地面阳光，都不是最理想的选择。
图８给出了三级子单纯的外量子效率光谱响应及１．０来形成薄膜结构。
ｅＶ的底电池可比Ｇｅ更有效地利用太阳的红外光谱。
而更重要的是，在这种晶格失配的ＧａＩｎＰ２／ＧａＡｓ／ＧａＩｎＡｓ三结电池中，晶格失配缺陷将只影响到ＧａＩｎＡｓ底电池，而底电池对电池效转换率的贡献相对两级顶电池来说要小得多。
ＡＭ０／ＡＭ１．５Ｇ阳光下光生电流密度按单位光子能量绘制的光由谱分布曲线［３２］。
于在Ｇａ（Ｉｎ）Ａｓ的吸收限（约８８０ｎｍ）以外，太阳光谱中仍有相当丰富的红外光可以被Ｇｅ底电池所利用，使其短路电流密度远远高于电流匹配的ＧａＩｎＰ２／ＧａＩｎＡｓ两级顶电池。
第六章III-V族化合物半导体
6-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
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）
GaAs晶体生长的两个途径
熔体生长：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
Ⅲ—V族化合物半导体
Ⅲ—V族化合物半导体
杨英会
【期刊名称】《国外稀有金属动态》
【年(卷),期】1992(000)005
【总页数】2页(P23-24)
【作者】杨英会
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】F746.42
【相关文献】
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第6章 III-V族化合物半导体吉林大学电子科学与工程学院半导体材料第六章 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 GaSb InP InAs InSb 原子序数之和：由小→大 ¾ 材料熔点：由高→低 ¾ 带隙宽度：由大→小吉林大学电子科学与工程学院 半导体材料元素 B Al Ga InN BN 直接6.4eV AlN 直接6.2eV GaN 直接3.4eV InN 直接0.7eVPAsSbBP BAs 间接2.0eV 间接1.5eV AlP AlAs AlSb 间接2.45eV 间接 2.12eV 间接1.6eV GaP GaAs GaSb 间接2.26eV 直接 1.43eV 直接 0.73eV InP InAs InSb 直接1.35eV 直接0.45eV 直接0.18eV吉林大学电子科学与工程学院半导体材料与Si相比，III-V族二元化合物半导体的独特性质1. 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(2.25eV)，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。
是红 (Zn-O 、 Cd-O) 、黄 (Bi) 、绿 (N) 光 LED 的主要材料之一 3. 电子迁移率高，很适合制备高频、高速器件吉林大学电子科学与工程学院 半导体材料第六章 III-V族化合物半导体6-1、III-V族化合物半导体的特性 6-2、GaAs单晶的生长方法 6-3、GaAs单晶中杂质的控制 6-4、GaAs单晶的完整性 6-5、其它III-V族化合物的制备吉林大学电子科学与工程学院 半导体材料6-1-1 III-V族化合物半导体的晶体结构多数为闪锌矿结构（AlN GaN InN为纤锌矿结构） 由两套面心立方格子沿体对角线移动 1/4 长度套构而 成，两套格子一套是Ⅲ族原子，另一套是V族原子。
半导体材料第9讲-III-V族化合物半导体的外延生长PPT课件
(2) 反应器中气体流速快，可以迅速改变多元化合物组 分和杂质浓度
反应器中气体流速快，因此，在需要改变多元化合物组 分和杂质浓度时，反应器中的气体改变是迅速的，从而可 以使杂质分布陡峭一些，过渡层薄一些，这对于生长异质 和多层结构无疑是很重要的。
半导体材料
III-V族化合物半导体的外延生长
1
第七章 III-V族化合物半导体的外延生长
内容提要：
气相外延生长VPE 卤化物法 氢化物法 金属有机物气相外延生长MOVPE
液相外延生长LPE 分子束外延生长MBE
2
气相外延生长
气相外延生长(vapor phase epitaxy, VPE) 发展较早，主要有以下三种方法： 卤化物法 (Ga/AsCl3/H2体系) 氢化物法 (Ga/HCl/AsH3/H2体系) 金属有机外延法
5
6
氢化物法外延生长GaAs
氢化物法是采用Ga／HCI／AsH3／H2体系，其生长机理 为 Ga (l) + HCl (g) = GaCl (g) + ½ H2(g) AsH3 (g) = ¼ As4(g) + 3/2 H2(g) GaCl (g) + ¼ As4(g) + ½ H2(g) = GaAs (s) + HCl (g)
11
MOVPE的特点
(3) 晶体生长是以热分解方式进行，是单温区外延生长， 需要控制的参数少，设备简单。便于多片和大片外延生长， 有利于批量生长。
(4) 晶体的生长速度与金属有机源的供给量成正比，因 此改变其输入量，可以大幅度地改变外延生长速度。
III—V族化合物半导体的能带结构解析
能带结构随组分x的不同而不同: 实验发现，当0≤x≤0.53时，其能带结构与砷化镓类似; 当 0.53≤x≤1时，其能带结构成磷化镓。
除了三元化合物外，人们更进一步制成由III-V族化合物构成 的四元化合物混合晶体。例如，在磷化铟衬底上可制备出四元化合 物，在GaAs衬底上制备出四元化合物，图1-28和1-29分别为和的禁 带宽度和晶格常数随组分x、y的变化关系(Ga1-xInxAs1-yPy) 。
L能量比布里渊区中心极小值高出0.29eV。
砷化镓价带也具有一个重空穴带 V1，一个轻空穴带V2和由于自旋-轨道 耦合分裂出来的第三个能带V3，重空 穴带极大值也稍许偏离布里渊区中心。
重空穴有效质量为0.45m0，轻空穴 有效质量为0.082m0，第三个能带裂距 为0.34eV。
室温下禁带宽度为1.变化，
实线为等禁带宽度线，虚线为等晶格常数线， 图中阴影部分表示在该组分内材料属于间接带隙半导体。
间接带隙半导体:导带和价带的极值处于不同的k空间，跳跃是间 接的。
间接跳跃过程除了发射光子还有声子。
问题：硅，锗，砷化镓是什么类型的半导体？
人们已利用混合晶体的禁带宽度随组分变化的特性制备发光
或激光器件。
光二极管(LED)，当x=0.38~0.40时，室温下禁带宽度在 1.84~1.94eV范围，其能带结构类似砷化镓，当导带电子与价带空 穴复合时可以发出波长在6400~6800A范围内的红光。
调节的x、y部分，以研制1.3~1.6μm红外光的所谓长波长激光 器是当前很活跃的研究领域。
什么是发光二极管（LED: light-emitting diode）
06章-Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体
比Ge、Si等困难。到50年代末，科学工作者应用水平布里奇曼法
(HB)、温度梯度法(GF)和磁耦合提拉法生长出了GaAs、InP单晶，但
由于晶体太小不适于大规模的研究。
•
1962年Metz等人提出可以用液封直拉法(LEC)来制备化合物半导
体晶体，1965~1968年Mullin等人第一次用三氧化二硼(B2O3)做液封剂， 用LEC法生长了GaAs、InP等单晶材料，为以后生长大直径、高质量
（b）甲烷正四面体模型
•
另一种认为在闪锌矿型晶体结构中，除Ga-和As+
形成的共价键外，还有Ga3+和As3-形成的离子键，因
此Ⅲ-V族化合物的化学键属于混合型。
• 由于离子键作用，电子云的分布是不均匀的，它有向 V族移动的趋向，即产生极化现象。这样导致在V族 原子处出现负有效电荷，Ⅲ族原子处出现正有效电荷。
• 在室温下，电子处在主能谷中，因为在室温时电子从晶体那 里得到的能量只有0.025eV，很难跃迁到X处导带能谷中去。
• 电子在主能谷中有效质量较小(m=0.07m0)，迁移率大；而在 次能谷中，有效质量大(m=1.2m0)，迁移率小，但状态密度比 主能谷大。
•
当外电场超过一定值时，电子可由迁移率大的主能谷转移
• 红、橙、黄、绿、蓝、靛(青）、紫 • 红：780-630nm • 橙：630-590nm • 黄：590-550nm • 绿：(550-490nm), • 蓝：(490-440nm), • 紫：(440-380nm).
• 发光的颜色是由能隙决定的，通过控制GaP中的掺杂剂可 以使GaP发出不同的光。
6-2 砷化镓单晶的生长方法
• 本节要点： • 掌握III-V族化合物的平衡相图的分析方法 • 砷化镓单晶的生长方法：水平布里奇曼法
iii-v族化合物半导体器件太赫兹建模和电路验证
iii-v族化合物半导体器件太赫兹建模和电路验证文章标题：iii-v族化合物半导体器件在太赫兹建模和电路验证中的应用在当今科技发展的潮流下，半导体材料作为现代电子器件的关键组成部分，在各个领域都展现出了不可替代的地位。
其中，iii-v族化合物半导体材料因其优异的电学性能和光学特性，被广泛应用于太赫兹波段的器件和电路中。
本文将从深度和广度的角度，探讨iii-v族化合物半导体器件在太赫兹建模和电路验证中的重要应用，并共享个人观点和理解。
一、iii-v族化合物半导体材料简介iii-v族化合物半导体材料是指周期表中III族元素和V族元素组成的半导体材料，具有较高的电子迁移率和较大的击穿场强。
常见的iii-v族化合物包括氮化镓（GaN）、磷化铟（InP）等。
这些材料在太赫兹波段的应用中具有优异的性能，如高迁移率、宽禁带宽度等，因此在太赫兹器件中具有广泛的应用前景。
二、iii-v族化合物半导体器件的太赫兹建模在iii-v族化合物半导体器件的太赫兹建模中，为了准确地描述其电学性能和电磁特性，需要进行复杂的电磁场模拟和结构仿真。
这些模拟包括从微观到宏观的多尺度仿真，涉及到材料的能带结构、电子迁移率、缺陷态模型等方面。
通过建立有效的太赫兹模型，可以深入理解iii-v族化合物在太赫兹波段下的电磁响应特性，为后续的器件设计和优化提供重要的参考。
三、iii-v族化合物半导体器件的电路验证除了建模仿真外，iii-v族化合物半导体器件的电路验证也是至关重要的一环。
通过搭建太赫兹器件的电路原型，可以验证其在实际工作条件下的性能表现，包括频率响应、功率传输特性等。
电路验证还可以为器件的可靠性和稳定性提供充分的考量，为实际应用提供有力支撑。
总结回顾iii-v族化合物半导体器件在太赫兹建模和电路验证中的应用，不仅是当前研究的热点，更是未来太赫兹通信、太赫兹成像等领域的重要基础。
通过本文的分析，我们了解了该领域的基本概念和关键技术，也了解了其在实际应用中的重要性。
L10-化合物半导体材料精讲
eij
Eg Eex αB n me* μe mh*
e31=-0.61，e33=1.14，e13=-0.59
3.37 60 2.03 ＜106 0.24 200 0.59
μh
5～50
30
§10 化合物半导体材料
10.2 II-VI族化合物半导体
(2). ZnO材料的优点
ZnO与GaN有相同的晶体结构，相近的晶格常 数和禁带宽度。与之相比，ZnO还具有以下优 点：
压电常数（C/m2）
300K时的禁带宽度（eV） 激子结合能（meV） 激子Bohr半径（nm） 本征载流子浓度（cm-3） 电子有效质量（×m0） 300K下n型底阻ZnO的电子 Hall迁移率（cm2V-1s-1） 空穴有效质量（×m0） 2018/10/10 300K下p型底阻ZnO的电子 Hall迁移率（cm2V-1s-1）
38
§10 化合物半导体材料
10.2 II-VI族化合物半导体
研究人员均认为375nm附近的紫外峰其来源 于近带边的激子跃迁，其发光强度与薄膜的结晶 质量、化学配比有关。结晶质量好的薄膜发射紫 外光的强度高。 对于ZnO薄膜在可见光区的发光机理至今还 没有统一的说法，有的认为可见光来源于与结构 缺陷和杂质相关的深能级发射，其中所有的结构 缺陷都是来自薄膜生长过程中氧供给量不足，即 锌和氧的化学计量比失衡。
许多III-V族化合物半导体具有直接能带结构
2018/10/10 2
§10 化合物半导体材料
10.1 III-V族化合物半导体
2018/10/10
3
§10 化合物半导体材料
10.1 III-V族化合物半导体
2018/10/10
4
§10 化合物半导体材料
半导体材料课件GaAs单晶中杂质的控制、完整性
吉林大学电子科学与工程学院
半导体材料
6-3-3 砷化镓单晶中Si沾污的抑制
实验表明GaAs单晶中常有较多Si沾污，平均浓度在 1016～ 1017 cm-3左右。 Si沾污主要来源于GaAs熔体侵蚀石英舟 引起Si的沾污的主要化学反应 高温区
4Ga(l) + SiO2 (s) ↔ Si(s) + 2Ga2O(g)
受 主
中 性
两 性
中性施主
受
深能级
主
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半导体材料
6-3-1 GaAs中的杂质的性质
施主杂质 ¾ Ⅵ族元素（S,Se,Te）替代As,浅施主，N型掺杂剂 ¾ O在液相外延的GaAs中有浅施主，也有深施主能级 ¾ GaAs中有浅受主存在时，O施主起补偿作用-高阻
（半绝缘）的GaAs材料。
lg C S = 16 .82 + 0.2C0
（Sn）
LEC法中不能掺Si，引起B沾污
3Si + 2B2O3 ↔ 4B + 3SiO2
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半导体材料
掺杂量的计算与杂质均匀性
拉制GaAs单晶时，杂质在晶体中的分布状况与Si、 Ge大致类似。 LEC 中 ， 因 为 B2O3 抑 制 了 杂 质 的 挥 发 ， （ HB 密 闭，蒸发有限）所以杂质的分布只与分凝作用有 关—变速拉晶有利于获得电阻率均匀的晶体。 杂质扩散会进入B2O3中，B2O3起着使熔体内杂质 浓度缓慢变化的作用，对K<1，有利于杂质的纵 向均匀性的提高。
Eg=2.26eV
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半导体材料
等电子陷阱(isoelectronic trap)
等电子杂质指与点阵中被替代的原子处于周期表 中同一族的其他原子。例如 GaP中取代P位的N或 Bi原子。
半导体材料课件III-V族化合物半导体的特性 GaAs单晶的生长方法
高效太阳电池
霍尔元件
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半导体材料
GaAs在我们日常生活中的一些应用
遥 控 器 是 通 过 GaAs 发 出 的 红 外光把指令传给主机的。
家电上的红色、绿色指示灯是 以 GaAs 等 材 料 为 衬 底 做 成 的 发光二极管。
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CD， DVD，BD光盘是用以 GaAs为衬底制成的GaAlAs激 光二极管进行读出的。
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半导体材料
非凝聚体系p-T-x相图各投影图的含义
GaAs体系 p-T-x相图
¾G a - A s 的 T - x 图 ， 反 映 体 系sGaAs+l+g三相平衡时的 温度与xAs组成的关系。
质很不相同，把这种不对称性叫做极性
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半导体材料
极性（闪锌矿是非中心对称的）
[111]
Ⅲ
[111]
Ⅴ
表面A
Ⅲ
ⅤⅤ ⅢⅢ
Ⅴ
[1 1 1]
Ⅲ
Ⅴ
表面B
[1 1 1]
闪锌矿结构在[110]面上的投影 显示在[111]方向和[1 1 1] 方向的差别
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半导体材料
从垂直[111]方向看，GaAs是一系列由Ga原子和As 原子组成的双原子层，因此晶体在对称晶面上的性 质不同。如[111]和[111]是不同的。 III族：A原子，对应的{111}面称为A面 V族：B原子，对应的{111}面称为B面 ¾ A—B组成的双原子层称为电偶极层 ¾ A边和B边化学键，有效电荷不同，电学和化学性
直接3.4eV 间接2.26eV 直接 1.43eV 直接 0.73eV
06章-Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体
•
•
sp3杂化轨道：由1个2s轨道和3个2p轨道杂化，形成能量、 形状完全相等的4个sp3杂化轨道
（a）碳的sp3杂化轨道；
（b）甲烷正四面体模型
•
另一种认为在闪锌矿型晶体结构中，除Ga-和As+
形成的共价键外，还有Ga3+和As3-形成的离子键，因
此Ⅲ-V族化合物的化学键属于混合型。
• 由于离子键作用，电子云的分布是不均匀的，它有向
• 除此以外， GaAs具有比Si大得多的电子迁移率，
这对提高晶体管的高频性能是有利的。
GaP的能带结构
• 参见课本图6-4磷化镓的能带结构图。在波 矢是空间的电子能量图上，价带顶与导带
底不处于相同的波矢k处，所以GaP是间接
跃迁型材料。 • 间接跃迁型材料要实现跃迁必须与晶格作 用，把部分动量交给晶格或从晶格取得一 部分动量，也就是要与声子作用，才能满 足动量守恒的要求，因而非直接跃迁发生 的几率是很小的 ( 约为直接跃迁的 l ／ 1000) ，
•
•
光波长（颜色）的控制
• 加入氮后，光子能量： • hν = Eg一(Ee)n一(Eh)n
Eg为禁带宽度 (Ee)n为氮等电子陷阱形成激子中电子的能级 (Eh)n为氮等电子陷阱形成激子中空穴的能级
• •
由上式计算出光子的频率和波长，从而确定光的颜色
当氮含量较高时，还会有氮-氮等电子陷阱，这种二个靠得 很近的氮原子形成的等电子陷阱对电子的束缚要大于一个氮原 子对电子的束缚，它也能吸引空穴形成激子。这种激子复合放 出光子的能量小于单个氮原子形成的激子复合所放出光子的能 量，即 hν = Eg一(Ee)nn一(Eh)nn < Eg一(Ee)n一(Eh)n • 这是造成光谱分布波峰向长波方向移动以及使波宽加大的原因
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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
GaAs晶体生长的两个途径
熔体生长：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
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
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
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
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）
GaAs的物理、化学性质
暗灰色，有金属光Leabharlann 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
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