砷化镓材料_王建利
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2 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(本征半导 体 的 能 带 图 如 图2所 示 )。能 带 主 要 包 括 价 带 和 导 带 ,价 带 上 完 全 被 电子填满时,也称满带,外电场不能给满带中的电子以净的动量, 因此,满带上的电子不能起导电作用;导带上没有电子时,也称空 带 ,在 只 有 满 带 和 空 带 的 这 种 情 况 下 ,晶 体 就 是 良 好 的 绝 缘 体 。当 导带上一旦有电子时,在电场作用下,电子的状态在布里渊区中的 分布不再是对称的,与电场方向相反的状态上电子多,与电场方向 相同的状态上电子少,电子产生的电流不能全部抵消,总电流不为 零,所 以 导 带 中 的 电 子 有 导 电 作 用 [2],这 时 晶 体 就 是 半 导 体 。导 带 和 价带这两个能带被一个具有一定宽度的禁带隔离,这个禁带宽度 Eg对 半 导 体 材 料 来 说 是 一 个 非 常 重 要 的 参 数 。电 子 填 充 能 级 的 水
工 程 技 术
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4所示。 砷化镓在弱电场状态(图4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4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。
一 系 列 连 续 的 点 缺 陷 贯 穿 晶 体 某 一 区 域 ,就 形 成 了 位 错 。当 晶 体晶格所受的应力超过了晶格发生弹性形变所需的最大弹力时, 便 可 产 生 这 种 连 续 的 缺 陷 。如 果 将 晶 体 制 作 成 一 薄 片 , 并 经 磨 平 和 抛光,那么薄片上位错露头的地方在化学试剂腐蚀的作用下可表 现 出 一 些 独 特 的 腐 蚀 坑 形 貌 。这 些 腐 蚀 坑 形 貌 仅 存 在 于 位 错 附 近 一 定 距 离 内 的 位 置 处 。半 导 体 工 业 的 砷 化 镓 晶 片 加 工 技 术 中 , 规 定 单位面积腐蚀坑数量为晶片的位错密度(Etch Pit Density-EPD)。 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 。研 究 表 明 ,在 场 效 应 晶体管中,由 于 位 错 效 应 ,会 给 源 沟 道 电 流 、栅 电 压 、载 流 子 浓 度 和 衬 底 电 阻 率 等 带 来 不 利 影 响 [11]。 5.3 砷化镓中的杂质
图1 砷化镓晶胞示意图
图2 表1 室温下砷化镓材料的性质
本征半导体能带结构示意图
科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
Baidu Nhomakorabea７５
科技创新导报 ２０１０ ＮＯ．３２ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
机理,以及与这些性质、参数相对应的有关半导体器件方面的应用情况,同时指出了为了适应器件的需求,如何在制造过程中得到性能参
数较为理想的晶体材料而应采取的有关工艺措施。
关键词:砷化镓 半导体材料 迁移率 能带结构 掺杂剂 载流子浓度 位错密度(EPD) 饱合漂移速度
中图分类号: X 7 0 3
文献标识码: A
图3 砷化镓和硅的能带结构图
图5 掺杂后的砷化镓能带示意图 注:关于砷化镓能带中各元素能级所处的具体位置,目前相关文献资料中已有较完备的砷化镓掺杂能带图,这里只是给出一个掺 杂能带示意图。 ７ ６ 科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
工 程 技 术
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。下 面 结 合 砷 化 镓 在 微电子应用方面的一些主要性质和参数,从半导体物理学角度出 发,对其做一论述。
工 程 技 术
科技创新导报 ２０１０ ＮＯ．３２
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
砷化镓材料
王建利 牛沈军 兰天平 周春峰 孙强 (中国电子科技集团公司第四十六研究所 天津 300220)
摘 要:文章介绍了III-V族化合物半导体材料——砷化镓。从砷化镓材料的基本性质、参数出发,深入浅出地讨论了其相关性质形成的
平用费米能级Ef来表示,本征半导体中的费米能级位置如图2中所 示 。当 在 绝 对 零 度 以 上 温 度 时 ,一 些 电 子 因 热 能 量 而 振 动 幅 度 加 剧 ,如 果 其 处 于 价 带 顶 ,所 受 的 热 能 量 Q>=Ef时 ,就 有 可 能 脱 离 价 带 ,跃 迁 进 入 导 带 ,从 而 能 在 晶 体 中 移 动 导 电 。在 一 块 纯 净 的 半 导 体中,电子数目与空穴数目相等,所以费米能级处于禁带中央。
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
图3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。
5 砷化镓晶体中的缺陷
世 界 上 不 存 在 完 美 无 瑕 的 晶 体 ,砷 化 镓 晶 体 亦 是 如 此 。尽 管 工 程技术人员在努力地提高晶体的生长质量,但晶体中还是包含大 量 的 点 缺 陷 , 位 错 和 杂 质 。这 些 晶 体 缺 陷 总 是 时 时 刻 刻 在 影 响 着 砷 化 镓 器 件 的 性 能 。这 些 缺 陷 的 形 成 主 要 由 向 材 料 中 掺 杂 的 方 式 和 生长时的条件状态决定。 5.1 点缺陷
晶 体 中 原 子 尺 度 范 围 内 的 缺 陷 ,称为点缺陷。可 存 在 于 完 美 晶 体 或 非 完 美 晶 体 中 。点 缺 陷 包 括 晶 格 中 的 空 位 ,填 隙 原 子 ,错 位 原 子 , 在 晶 体 生 长 过 程 中 有 意 或 无 意 引 入 的 杂 质 原 子 。研 究 这 些 点 缺 陷在晶体中的行为具有十分重要的意义,因为这些缺陷的行为效 应 及 缺 陷 类 型 对 材 料 中 载 流 子 的 散 射 、载 流 子 数 量 有 较 大 的 影 响 , 将 直 接 关 系 到 材 料 的 电 学 性 能 的 稳 定 。当 这 些 机 理 研 究 清 楚 以 后 , 我们可以通过有意的在晶体材料生长过程中掺杂引入有益缺陷, 从而达到改善晶体材料电学性能的目的。 5.2 位错
3 迁移率和饱合漂移速度
在微波应用领域,砷化镓与硅相比有几个明显的优点:高迁移 率,高饱合漂移速度和较强的半绝缘能力。
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,还存在
图4 砷化镓和硅的漂移速度与电场强度关系图
4 半绝缘特性
半绝缘砷化镓最为重要的一个性能在于它的绝缘性,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(Monolithic Microwave Integrated Circuits-MMIC)。
文章编号:1674-098X(2010)11(b)-0075-03
1 引言
砷化镓属III-V族化合物半导体材料,由化学元素周期表中III 族 元 素 镓 和V族元素砷化合而成。砷 化 镓 材 料 最 早 见 报 于1929年, 是由一位名叫高德斯密特(Goldschmidt)的科学家合成出来的,但 是,直到1952年,才出现了有关砷化镓在半导体电学性能方面的 研 究 报 道 [1]。随 着 现 代 工 业 冶 炼 提 纯 技 术 的 进 步 和 微 电 子 技 术 的 发 展 ,砷 化 镓 材 料 已 是 III-V族 化 合 物 半 导 体 材 料 中 应 用 最 为 广 泛 、相 关 技 术 最 为 成 熟 的 材 料 。采 用 半 绝 缘 砷 化 镓 材 料 制 作 的 超 高速集成电路和微波毫米波单片集成电路,是雷达,电子对抗,计 算机,卫星通信设备提高速度的关键电路,亦广泛用于蜂窝电话, 数字个人通信,光纤通信以及航天系统等领域;采用低阻低位错 砷 化 镓 材 料 可 制 作 半 导 体 发 光 器 件 ,如 发 光 二 极 管 (LED)和 固 体 半 导 体 激 光 器 (L D) 。尤 其 是 以 低 位 错 砷 化 镓 材 料 为 衬 底 制 作 的 各 种 发 光LED,具 有 耗 电 量 小 、寿 命 长 ﹑ 发 热 量 少 、反 应 速 率 快 ﹑ 体 积 小 ﹑ 耐 碰 撞 、适 合 多 种 环 境 等 许 多 优 点 ,是 当 今 半 导 体 照 明 工 程中不可或缺的一大材料分支,其相关产品已在室内及户外显 示 、LCD背 光 源 、全 彩 显 示 屏 、交 通 信 号 灯 、汽 车 灯 具 等 领 域 得 到 了广范应用。
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(本征半导 体 的 能 带 图 如 图2所 示 )。能 带 主 要 包 括 价 带 和 导 带 ,价 带 上 完 全 被 电子填满时,也称满带,外电场不能给满带中的电子以净的动量, 因此,满带上的电子不能起导电作用;导带上没有电子时,也称空 带 ,在 只 有 满 带 和 空 带 的 这 种 情 况 下 ,晶 体 就 是 良 好 的 绝 缘 体 。当 导带上一旦有电子时,在电场作用下,电子的状态在布里渊区中的 分布不再是对称的,与电场方向相反的状态上电子多,与电场方向 相同的状态上电子少,电子产生的电流不能全部抵消,总电流不为 零,所 以 导 带 中 的 电 子 有 导 电 作 用 [2],这 时 晶 体 就 是 半 导 体 。导 带 和 价带这两个能带被一个具有一定宽度的禁带隔离,这个禁带宽度 Eg对 半 导 体 材 料 来 说 是 一 个 非 常 重 要 的 参 数 。电 子 填 充 能 级 的 水
工 程 技 术
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4所示。 砷化镓在弱电场状态(图4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4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。
一 系 列 连 续 的 点 缺 陷 贯 穿 晶 体 某 一 区 域 ,就 形 成 了 位 错 。当 晶 体晶格所受的应力超过了晶格发生弹性形变所需的最大弹力时, 便 可 产 生 这 种 连 续 的 缺 陷 。如 果 将 晶 体 制 作 成 一 薄 片 , 并 经 磨 平 和 抛光,那么薄片上位错露头的地方在化学试剂腐蚀的作用下可表 现 出 一 些 独 特 的 腐 蚀 坑 形 貌 。这 些 腐 蚀 坑 形 貌 仅 存 在 于 位 错 附 近 一 定 距 离 内 的 位 置 处 。半 导 体 工 业 的 砷 化 镓 晶 片 加 工 技 术 中 , 规 定 单位面积腐蚀坑数量为晶片的位错密度(Etch Pit Density-EPD)。 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 。研 究 表 明 ,在 场 效 应 晶体管中,由 于 位 错 效 应 ,会 给 源 沟 道 电 流 、栅 电 压 、载 流 子 浓 度 和 衬 底 电 阻 率 等 带 来 不 利 影 响 [11]。 5.3 砷化镓中的杂质
图1 砷化镓晶胞示意图
图2 表1 室温下砷化镓材料的性质
本征半导体能带结构示意图
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Baidu Nhomakorabea７５
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机理,以及与这些性质、参数相对应的有关半导体器件方面的应用情况,同时指出了为了适应器件的需求,如何在制造过程中得到性能参
数较为理想的晶体材料而应采取的有关工艺措施。
关键词:砷化镓 半导体材料 迁移率 能带结构 掺杂剂 载流子浓度 位错密度(EPD) 饱合漂移速度
中图分类号: X 7 0 3
文献标识码: A
图3 砷化镓和硅的能带结构图
图5 掺杂后的砷化镓能带示意图 注:关于砷化镓能带中各元素能级所处的具体位置,目前相关文献资料中已有较完备的砷化镓掺杂能带图,这里只是给出一个掺 杂能带示意图。 ７ ６ 科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
工 程 技 术
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。下 面 结 合 砷 化 镓 在 微电子应用方面的一些主要性质和参数,从半导体物理学角度出 发,对其做一论述。
工 程 技 术
科技创新导报 ２０１０ ＮＯ．３２
Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
砷化镓材料
王建利 牛沈军 兰天平 周春峰 孙强 (中国电子科技集团公司第四十六研究所 天津 300220)
摘 要:文章介绍了III-V族化合物半导体材料——砷化镓。从砷化镓材料的基本性质、参数出发,深入浅出地讨论了其相关性质形成的
平用费米能级Ef来表示,本征半导体中的费米能级位置如图2中所 示 。当 在 绝 对 零 度 以 上 温 度 时 ,一 些 电 子 因 热 能 量 而 振 动 幅 度 加 剧 ,如 果 其 处 于 价 带 顶 ,所 受 的 热 能 量 Q>=Ef时 ,就 有 可 能 脱 离 价 带 ,跃 迁 进 入 导 带 ,从 而 能 在 晶 体 中 移 动 导 电 。在 一 块 纯 净 的 半 导 体中,电子数目与空穴数目相等,所以费米能级处于禁带中央。
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
图3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。
5 砷化镓晶体中的缺陷
世 界 上 不 存 在 完 美 无 瑕 的 晶 体 ,砷 化 镓 晶 体 亦 是 如 此 。尽 管 工 程技术人员在努力地提高晶体的生长质量,但晶体中还是包含大 量 的 点 缺 陷 , 位 错 和 杂 质 。这 些 晶 体 缺 陷 总 是 时 时 刻 刻 在 影 响 着 砷 化 镓 器 件 的 性 能 。这 些 缺 陷 的 形 成 主 要 由 向 材 料 中 掺 杂 的 方 式 和 生长时的条件状态决定。 5.1 点缺陷
晶 体 中 原 子 尺 度 范 围 内 的 缺 陷 ,称为点缺陷。可 存 在 于 完 美 晶 体 或 非 完 美 晶 体 中 。点 缺 陷 包 括 晶 格 中 的 空 位 ,填 隙 原 子 ,错 位 原 子 , 在 晶 体 生 长 过 程 中 有 意 或 无 意 引 入 的 杂 质 原 子 。研 究 这 些 点 缺 陷在晶体中的行为具有十分重要的意义,因为这些缺陷的行为效 应 及 缺 陷 类 型 对 材 料 中 载 流 子 的 散 射 、载 流 子 数 量 有 较 大 的 影 响 , 将 直 接 关 系 到 材 料 的 电 学 性 能 的 稳 定 。当 这 些 机 理 研 究 清 楚 以 后 , 我们可以通过有意的在晶体材料生长过程中掺杂引入有益缺陷, 从而达到改善晶体材料电学性能的目的。 5.2 位错
3 迁移率和饱合漂移速度
在微波应用领域,砷化镓与硅相比有几个明显的优点:高迁移 率,高饱合漂移速度和较强的半绝缘能力。
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,还存在
图4 砷化镓和硅的漂移速度与电场强度关系图
4 半绝缘特性
半绝缘砷化镓最为重要的一个性能在于它的绝缘性,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(Monolithic Microwave Integrated Circuits-MMIC)。
文章编号:1674-098X(2010)11(b)-0075-03
1 引言
砷化镓属III-V族化合物半导体材料,由化学元素周期表中III 族 元 素 镓 和V族元素砷化合而成。砷 化 镓 材 料 最 早 见 报 于1929年, 是由一位名叫高德斯密特(Goldschmidt)的科学家合成出来的,但 是,直到1952年,才出现了有关砷化镓在半导体电学性能方面的 研 究 报 道 [1]。随 着 现 代 工 业 冶 炼 提 纯 技 术 的 进 步 和 微 电 子 技 术 的 发 展 ,砷 化 镓 材 料 已 是 III-V族 化 合 物 半 导 体 材 料 中 应 用 最 为 广 泛 、相 关 技 术 最 为 成 熟 的 材 料 。采 用 半 绝 缘 砷 化 镓 材 料 制 作 的 超 高速集成电路和微波毫米波单片集成电路,是雷达,电子对抗,计 算机,卫星通信设备提高速度的关键电路,亦广泛用于蜂窝电话, 数字个人通信,光纤通信以及航天系统等领域;采用低阻低位错 砷 化 镓 材 料 可 制 作 半 导 体 发 光 器 件 ,如 发 光 二 极 管 (LED)和 固 体 半 导 体 激 光 器 (L D) 。尤 其 是 以 低 位 错 砷 化 镓 材 料 为 衬 底 制 作 的 各 种 发 光LED,具 有 耗 电 量 小 、寿 命 长 ﹑ 发 热 量 少 、反 应 速 率 快 ﹑ 体 积 小 ﹑ 耐 碰 撞 、适 合 多 种 环 境 等 许 多 优 点 ,是 当 今 半 导 体 照 明 工 程中不可或缺的一大材料分支,其相关产品已在室内及户外显 示 、LCD背 光 源 、全 彩 显 示 屏 、交 通 信 号 灯 、汽 车 灯 具 等 领 域 得 到 了广范应用。