砷化镓
砷化镓的参数
砷化镓的参数砷化镓是一种重要的半导体材料，可以用于制造多种电子元件和装配组件，并具有优异的性能参数。
它是一种由三种元素组成的化合物，其中包括砷、硅和金属。
这些元素被组合在一起，形成一个可晶成薄膜的结构。
借助特殊的工艺，砷化镓可以制成电子器件，其参数有助于制造出高品质的电子产品。
砷化镓的主要参数包括热敏电阻、电阻、晶体结构、热导率、绝缘性和电荷容量。
热敏电阻是砷化镓中最重要的参数之一，它与温度变化密切相关，当温度发生变化时，热敏电阻也会随着温度变化而变化。
电阻是另一个重要参数，它可以衡量电子电路中的电流流动情况，一般情况下，电阻越小，电子电路中电流流动情况越好。
砷化镓的晶体结构是砷化镓中另一个重要的参数，它表明材料中电子的分布和移动情况。
热导率是衡量热能在物质中传递的参数，它与物质的结构、温度和含量有关，一般情况下，热导率越大，物质传递的热能越快。
绝缘性是衡量砷化镓的绝缘性能，它与电场的大小和物质的结构有关，一般情况下，绝缘性越好，电场强度越低。
最后，电荷容量是衡量砷化镓中电子的分布情况的参数，它可以衡量物质中电子含量的多少。
砷化镓是一种重要的电子元件，它的参数可以决定电子产品的性能，因此，它的参数必须在制造电子产品前经过精确的测量。
砷化镓的参数必须符合业界的标准，以确保电子产品的质量和性能。
因此，在使用砷化镓时，必须考虑其参数，以保证产品的高性能和可靠性。
砷化镓是一种重要的半导体材料，它在电子元件和装配组件制造方面有着重要作用。
它由三种元素组成，并具有优良的参数，包括热敏电阻、电阻、晶体结构、热导率、绝缘性和电荷容量。
它的参数是电子产品的质量和性能的重要参考，所以在使用砷化镓时应加以考虑。
此外，在制造电子产品之前，砷化镓的参数也应当经过精确的测量，以确保产品的质量和性能。
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 前景
砷化镓前景砷化镓（GaAs）是一种半导体材料，具有广泛的应用前景。
以下是砷化镓在不同领域的前景。
1. 光电子学砷化镓是光电子学领域中的关键材料之一。
由于其能隙匹配与光的能量范围，砷化镓被广泛应用于光电探测器、光电二极管、光电倍增管等器件中。
它具有良好的光电转换效率和快速的响应速度，可用于光通信、光纤传感和光电显示等领域。
2. 太阳能电池砷化镓太阳能电池具有光电转换效率高、能量损失小等优点，已成为太阳能领域的热门研究方向。
砷化镓太阳能电池在高光照度和室温下表现出色，并且对光谱范围较宽，可在较高温度下运作。
因此，砷化镓太阳能电池有望成为替代传统硅太阳能电池的高效能源选择。
3. 通信和雷达系统砷化镓在通信和雷达系统中的应用已得到广泛验证。
它具有高频高速度的特性，可用于高速数据传输、卫星通信和雷达系统。
砷化镓集成电路与频率可达60 GHz及以上，可以实现更高效的通信和雷达系统。
4. 微波集成电路砷化镓广泛应用于微波集成电路中。
它的高电子迁移率、高饱和漂移速度和良好的线性特性使得砷化镓电路在射频和微波应用中具有竞争力。
砷化镓微波集成电路可用于无线通信、高速数据处理和雷达系统等领域。
5. 传感器技术由于砷化镓具有高电子迁移率和高饱和漂移速度，它在传感器技术中具有广泛应用前景。
砷化镓传感器对温度、压力、光强度和气体浓度等物理量的检测具有高灵敏度和快速响应的特点，可应用于环境监测、生物医学和军事领域。
总之，砷化镓作为一种优良的半导体材料，在光电子学、太阳能电池、通信和雷达系统、微波集成电路和传感器技术等领域具有广阔的应用前景。
随着科学技术的不断发展，砷化镓的性能和应用将进一步得到优化和拓展。
砷化镓
产业发展存在的问题
1
2 制备费用高居不下
砷有毒，一般的企业不愿投产
3
4
构造隧道结和阻止p/n结难度大
追日跟踪系统实施有难度 政策不明确，多晶· 硅依赖进口
5
解决方案：
.广大的相关科研机构 合作攻关，做好镓的高 纯提取
国家策支持明细化鼓 励各地新建光伏电站 采用砷化镓光伏电池
对策
加大技术攻关，简化制 备工艺，减小电池系统 复杂度，降低电池制备 耗费
提高工厂生产的智能化、 自动化，减少生产直接 接触人员
应用情况：
砷化镓器件主要包括光电器件和微波器 件两大类。砷化镓以及其他Ⅲ-Ⅴ族化合 物具有直接跃迁的能带结构，在光电应 用方面处于有利的地位。
砷化镓太阳能电池
国内、外应用：
70 年代中期至 90 年代中期 90 年代中期
国内均采用L PE技术研制GaAs 电池。 国内开始采用MOCVD 技术研制GaAs 电池。
20世纪60年代
20世纪70年代
世纪80年代后
性质与属性：
砷化镓材料的分类：
1. 按照应用领域不同分类 ：分为半绝缘砷化镓材料和低阻砷化镓材料。
• 第一类为半绝缘砷化镓材料约占整个GaAs 单晶材料市场需求的40 ％ 左右，主要用于微波场效应器件（FET）、模拟集成电路、数字集成 电路、光电子集成电路（OEIC）。 • 第二类为低阻（掺杂半导体）砷化镓材料，约占GaAs 材料的64％。 主要用于发光二极管（LED）、激光器、太阳能电池光电探测器 （PD）、微波二极管等器件。 2. 按照工艺方法不同的分类: 目前国内常用的砷化镓晶体生长方法有三种，LEC法（俗称为直拉）、 HB法（俗称为水平法）和VB法或VGF法（俗称为垂直）。
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。
砷化镓的参数
砷化镓的参数砷化镓（GalliumArsenide,称GaAs）一直以来都是电子产品中最重要的材料之一。
由于它体积小、功耗低、能量利用率高，因此它在微处理器、射频放大、模拟电路等电子产品中非常有用，在构建各类半导体时也得到了广泛的使用。
然而，传统的砷化镓薄膜和材料带来的技术难题和过程工艺挑战在不断增加。
因此，了解GaAs的性能及其参数的细微差别对于成功应用GaAs非常重要。
GaAs的结构及功能由其参数决定，可以根据它的表面状态、晶体结构及其它物理参数来评估。
例如，可以用拉曼光谱法评估GaAs 薄膜的厚度及其变化，以及其材料的吸收带和发射带；可以用X射线衍射技术测量GaAs的结构尺寸及其结构的变化、晶体塔德比及其它参数；还可以通过电子显微镜来评估GaAs的表面构造、表面层状态以及晶体结构。
GaAs的参数多样且复杂，但可以根据它的不同参数来分析和评估它的功能性能。
其中最常用的参数包括晶体尺寸、晶体塔德比以及表面形态参数，每个参数都对GaAs功能性能有一定影响。
晶体尺寸是GaAs晶体表面状态的最小单位，它可以帮助电子学家们测量GaAs晶体的空间结构、表面形态及其它物理参数。
晶体尺寸是一个有限的值，严格控制晶体尺寸可以提高GaAs晶体表面完整性，从而增强其性能。
晶体塔德比（TDR）是指GaAs晶体的表面形态、晶向及晶体结构。
它是一种特殊的表面特征，可以识别GaAs晶体的表面形态和晶体定向。
在GaAs的发光器件的制作中，TDR是用来测量器件的光学性能的重要参数之一，以确定结构的完整性及其功能性能。
最后，表面形态参数也是GaAs晶体特性的重要参数。
表面形态参数包括表面粗糙度、表面缺陷、表面张力等。
这些参数可以帮助人们了解GaAs晶体表面的粗糙度、缺陷、张力等，更好地了解GaAs晶体表面形态、晶体结构及其性能，从而更好地控制其功能性能。
总之，砷化镓（GaAs）是一种重要的半导体材料，它的性能及其参数的细微差别都与GaAs晶体的功能性能直接相关。
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。
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
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。
砷化镓的光谱响应范围
砷化镓的光谱响应范围1.引言1.1 概述砷化镓（GaAs）是一种重要的半导体材料，具有许多优异的电学和光学性能，因此在光电器件领域中广泛应用。
砷化镓材料的特点是具有较高的载流子迁移率、较高的光吸收系数、宽的直接能隙和良好的机械和热特性。
砷化镓的光谱响应范围是指材料对于不同波长的光线的响应能力。
通常来说，砷化镓在可见光谱范围内具有很好的光吸收能力，其光谱响应范围覆盖了约400到900纳米的波长范围。
在该范围内，砷化镓对光的吸收系数较高，因此可以有效地将光能转化为电能。
此外，砷化镓在红外光谱范围内也具有良好的光谱响应能力。
砷化镓材料的带隙能量相对较小，因此能够吸收具有较长波长的光线。
这使得砷化镓在红外光谱范围内有着广泛的应用，如红外探测器、红外传感器、光通信等领域。
总的来说，砷化镓具有在可见光谱和红外光谱范围内的广泛光谱响应能力，使其成为光电器件领域中重要的材料之一。
通过深入研究砷化镓的光谱响应特性，可以进一步拓展其在光电器件中的应用前景，为光电子技术的发展做出更大的贡献。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以如下编写：1.2 文章结构本文的结构如下：第一部分是引言部分，介绍了本文的背景和目的。
第二部分是正文部分，主要讨论了砷化镓的基本特性和光谱响应范围。
第三部分是结论部分，总结了砷化镓的光谱响应范围，并展望了砷化镓在光电器件中的应用前景。
接下来，将按照上述结构，逐一介绍各个部分的内容。
1.3 目的本文旨在探讨砷化镓材料的光谱响应范围。
通过对砷化镓材料的基本特性和光谱响应范围的研究，可以更好地了解砷化镓在光电器件领域的应用潜力。
具体而言，本文的目的包括以下几个方面：1. 探究砷化镓的光谱响应范围：通过对砷化镓的材料结构以及能带结构的分析，研究砷化镓材料对不同波长的光的响应情况。
分析砷化镓在紫外、可见光、红外等波段的响应特性，以期了解其在不同波长范围内的光电转换效率。
2. 探索砷化镓在光电器件中的应用潜力：根据砷化镓的光谱响应范围，分析其在光电器件中的应用前景。
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
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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。
砷化镓导热系数
砷化镓导热系数
砷化镓（GaAs）是一种半导体材料，其导热系数（Thermal conductivity）对于器件性能和应用具有重要意义。
砷化镓的导热系数受到材料结构、晶格类型、温度和压力等因素的影响。
在一般情况下，砷化镓的导热系数随着温度的升高而增加。
在室温下，砷化镓的导热系数约为130-180 W/m·K（瓦特每米·开尔文）。
然而，随着温度的升高，砷化镓的导热系数会增加，但在高温下（如600°C以上）可能会出现下降趋势。
值得注意的是，砷化镓的导热系数与其他半导体材料如硅（Si）和锗（Ge）相比，具有较高的导热性能。
这使得砷化镓在高温和高功率应用中具有较好的热管理能力。
另外，砷化镓的导热性能还可以通过优化材料结构、晶体取向和表面处理等方法进行改进。
这对于提高砷化镓器件的性能和稳定性至关重要。
总之，砷化镓的导热系数在半导体材料中处于较高水平，这有利于其在高温和高功率应用场景的热管理。
然而，具体数值会受到温度、压力和材料结构等因素的影响。
在实际应用中，需要根据具体需求和条
件来选择合适的砷化镓器件和热管理方案。
砷化镓 环境效应
砷化镓环境效应
砷化镓是一种重要的化合物半导体材料，在制造高速、高频率的电子器件方面具有广泛的应用，如太赫兹发射器和功率放大器。
然而，砷化镓半导体材料被认为是有毒物质，因为它含有有毒的砷元素。
砷化镓晶体或其粉末的吸入可能会对人体造成重大危害，包括中毒、癌症等。
此外，砷化镓还可能对环境造成污染。
在正常操作和处理条件下，砷化镓半导体材料的风险可以通过采取适当的预防措施来降低。
处理砷化镓时应佩戴适当的个人防护装备，并确保工作区域具有适当的通风系统以减少暴露风险。
此外，通过适当的废弃物处理和回收利用措施，可以减少砷化镓对环境的负面影响。
总之，砷化镓半导体材料的环境效应是一个需要关注的问题，需要采取适当的预防和应对措施来降低风险。
同时，应积极探索和推广环保型的替代材料，以减少砷化镓对环境和人体健康的影响。
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。
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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 的优点和缺点。
HB法
优点——单晶的结晶质量高，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
GaAs晶体生长方法有：
2.1 GaAs单晶材料的制备
1.液封直拉法（LEC）
液封直拉法的过程：在一密闭的高压容器内设计好的热系统中，放 置一热解氮化硼（PBN）坩埚，坩埚中装入化学计量比的元素砷、镓和 液封剂氧化硼，升温至砷的三相点后，砷液化和镓发生反应，生成砷化 镓多晶，将砷化镓多晶熔化后，将一颗籽晶与砷化镓熔体相接，通过调 整温度，使砷化镓熔体按一定晶向凝固到籽晶上，实现晶体生长。LEC 法示意图如图2.1所示。
GaAs砷化镓
OUTLINE
GaAs半导体材料的特性 GaAs半导体材料的制备
GaAs半导体材料的应用
GaAs材料的特性
1.1GaAs材料晶体特性
晶体结构：GaAs材料的晶体结构属于闪锌矿型晶格结构， 如图1.1所示。
化学键：四面体键，键角为109°28‘，主要为共价成分。 由于镓、砷原子不同，吸引电子的能力不同，共价键倾向 砷原子，具有负电性，导致Ga-As键具有一定的离子特性， 使得砷化镓材料具有独特的性质。
GaAs材料的制备
2.GaAs材料的制备工艺
GaAs材料的制备，包括GaAs单晶材料
的制备、晶体的加工和将单晶材料加工成外 延材料，外延材料能直接被用于制造IC器件。 其中最主要是GaAs单晶材料的制备。
2.1GaAs单晶材料的制备
GaAs单晶材料的制备流程如下所示：
2.1 GaAs单晶材料的制备
图1.1.GaAs晶体结构
1.1GaAs材料的晶体特性
极性：砷化镓具有闪锌矿型结构，在[111]方向上，由一系列的Ⅲ族
元素Ga及Ⅴ族元素As组成的双原子层（也是电偶极层）依次排列。 在[111]和 方向上是不等效的，从而具有极性，如图1.2所示 。
存在Ga面和As面，在这两个面上形成两种不同的悬挂键，如ຫໍສະໝຸດ 2.1 GaAs单晶材料的制备
从材料特性、工艺特点等方面对上述几种工艺进行比较，如 下表所示，VB/VGF法制备的材料在位错密度、位错分布、电学 均匀性、低应力及机械强度等方面更具有优势。
三种工艺比较
2.2GaAs晶体的加工
晶体长成后，进行热处理以消除应力及改善电学性能，然后， 进行头尾切割、滚圆、定向切割、倒角、研磨、抛光等精细加 工，最终研制成具有优良的几何参数和表面状态的抛光片。
图1.3所示，As面的未成键电子偶促使表面具有较高的化学活泼性，
而Ga面只有空轨道，化学性质比较稳定。这一特性有利于GaAs材 料进行定向腐蚀。
图1.2.GaAs的极性
图1.3.GaAs的悬挂键
1.2GaAs材料的物理化学性质
表1.1.GaAs材料的物理性质
1.2GaAs材料的物理化学性质
化学性质：
2.3GaAs外延片的制备
砷化镓外延片的工艺法有多种。主要包括气相外延（ⅥⅡ）、液 相外延（LPE）、分子束外延（MBE）、金属有机化学气相沉积 （MOCVD）等方法。它们可制出的多元、多层、同质、异质、 超晶格和量子阱等结构的外延材料。
GaAs材料的应用
3.GaAs材料的应用
砷化镓材料具有很高的电子迁移率、宽禁带、直接带隙，消耗功 率低的特性，,广泛应用于高频及无线通讯，适于制作IC 器件。 从应用领域来说，主要在光电子领域和微电子领域。 在微电子领域中，使用的化合物半导体材料属于高端产品， 主要用于制作无线通讯（卫星通讯、移动通讯）、光纤通讯、汽 车电子等用的微波器。 在光电子领域中，使用的化合物半导体材料属于低端产品， 主要用于制作发光二极管、激光器及其它光电子器件。用砷化镓 制作的主要电子器件和光电子器件。 主要品种、产品形式和应用领域见下表。
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
短，且抗辐射性能好，更适合空间能源领域； 温度系数小：能在较高的温度下正常工作。
1.4GaAs材料的性能的优缺点
砷化镓材料的缺点： 资源稀缺，价格昂贵，约Si材料的10倍； 污染环境，砷化物有毒物质，对环境会造成污染； 机械强度较弱，易碎； 制备困难，砷化镓在一定条件下容易分解，而且砷材料是一种 易挥发性物质，在其制备过程中，要保证严格的化学计量比是 一件困难的事。
室温下，化学性质稳定，在空气中不与氧气、水蒸气等
发生化学反应。室温下，不溶于盐酸，但可与浓硝酸发生 反应，易溶于王水。王水是砷化镓材料常用的清洗剂。
1.3GaAs材料的半导体性质
表1.2.GaAs材料的半导体性能参数
能带结构——直接跃迁型能带结构
1.3GaAs材料的半导体性质
图1.4.300K时砷化镓中载流子迁移率与浓度
4.垂直布里奇曼法(VB) VB法与VGF法基本上市相同的，许多工艺细节基本上是一致
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。
2.1 GaAs单晶材料的制备
3.垂直梯度凝固法(VGF)
工艺过程： (1)熔化多晶料； (2)开始生长时坩埚底部 <100>方向的籽晶处于慢速 降温的温度梯度； (3)为调节化学计量比在熔体 上方保持一定的As压； (4)生长完毕时晶体慢速冷却 到室温。
图2.3.VGF法示意图
2.1 GaAs单晶材料的制备
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 ) 。