砷化镓

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。
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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。
化学性质： 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。
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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
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1.3GaAs材料的半导体性质
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。
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三种工艺比较
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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1.4.300K时砷化镓中载流子迁移率与浓度
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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
图1.1.GaAs晶体结构
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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
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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。
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GaAs材料的应用
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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
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1.2GaAs材料的物理化学性质
表1.1.GaAs材料的物理性质
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1.2GaAs材料的物理化学性质
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GaAs材料的制备
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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。
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2.1GaAs单晶材料的制备
GaAs单晶材料的制备流程如下所示：
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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 ) 。
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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
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2.1 GaAs单晶材料的制备
图2.1.LEC法示意图
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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
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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
2.1 GaAs单晶材料的制备
GaAs晶体生长百度文库法有：
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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。
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。
GaAs砷化镓
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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。