砷化稼介紹課件

1、 砷化稼介紹1、基本介紹砷化鎵（gallium arsenide）化學式 GaAs，黑灰色固體，熔點 1238。它在600以下，能在空氣中穩(wěn)定存在，并且不為非氧化性的酸侵蝕，傳輸范圍1.0-22微米。砷化鎵可作半導體材料，性能比硅更優(yōu)良。它的禁帶寬度大，電子遷移率高，介電常數小，能引入深能級雜質，電子有效質量小，能帶結構特殊，具有雙能谷導帶，可以制備發(fā)光器件、半導體激光器、微波體效應器件、太陽能電池和高速集成電路等其最大特點是光電特性，它的光發(fā)射效率比其它半導體材料高，用它不僅可以制作發(fā)光二極管、光探測器，還能制備半導體激光器，廣泛應用于光通信、光計算機和空間技術。因此，隨著通訊產業(yè)急速發(fā)展、

2、無線通訊時代的來臨，中、低頻頻道已不敷使用，硅本身有許多難以再改善的電子特性（如：電子的遷移速率，先天上只能制造出1GHz以下的低頻通訊組件），已逐漸無法再充分滿足人類需求，而使化合物半導體逐漸受到青睞，并且取而代之。其中砷化鎵憑借著高頻率、高電子遷移率、低噪音、輸出功率高、耗電量小、效益高以及線性度良好、不易失真等優(yōu)越的特性，脫穎而出，開發(fā)前景令人鼓舞。 2、材料性能光學性能 體吸收系數 10.6m= 0.01 /cm 折射率溫度系數 10.6m149 x 10-6/C熱學性能 導熱率 20 C0.48 W/cm/C 比熱0.325 J/g/C 線性膨脹系數 20 C5.7 x 10-6/C

3、機械性能 楊氏模量83 GPa (12.04 x 106 psi) 斷裂模數138 MPa (20,000 psi) 努氏硬度750 kg/mm2 密度5.37 g/cm3 波森比0.314、砷化鎵材料的制備及應用砷化鎵材料，屬-族化合物半導體材料。它具有一些優(yōu)于硅的性能，已成為僅次于硅材料的重要半導體材料。H.韋爾克于1952年提出的族化合物具有優(yōu)良的半導電性質。當時從禁帶寬度和電子遷移率推測砷化鎵兼具硅和鍺的優(yōu)點，于是開展了對砷化鎵等化合物半導體材料的研究。最初10年進展不大。1962年砷化鎵激光器問世以后，砷化鎵器件發(fā)展很快。盡管由砷化鎵取代硅、鍺的設想尚未實現，但它在激光、發(fā)光和微波等

4、方面已顯示出優(yōu)異的性能。用砷化鎵已制造出高速集成電路，對材料質量提出更高要求，促使砷化鎵材料的研究更加深入。4.1砷化鎵的制備砷化鎵材料的制備與硅相仿，砷化鎵材料也可分為體單晶和外延材料兩類。體單晶可以用作外延的襯底材料，也可以采用離子注入摻雜工藝直接制造集成電路（采用高質量、大截面、半絕緣砷化鎵單晶）。重點是液封直拉法（即液封喬赫拉斯基法，簡稱LEC法）,但水平舟生長法（即水平布里其曼法）因制出的單晶質量和均勻性較好，仍然受到一定的重視。液封直拉法的一個新發(fā)展是在高壓單晶爐內用熱解氮化硼(PBN)坩堝和干燥的氧化硼液封劑直接合成和拉制不摻雜、半絕緣砷化鎵單晶。另外，常壓下用石英坩堝和含水氧化

5、硼為液封劑的方法也已試驗成功。不論水平舟生長法或是液封直拉法，晶體的直徑均可達到100150毫米而與硅單晶相仿。4.2砷化鎵的外延生長砷化鎵的外延生長按工藝可分為氣相和液相外延，所得外延層在純度和晶體完整性方面均優(yōu)于體單晶材料。通用的汽相外延工藝為Ga/AsCl3/H2法,這種方法的變通工藝有Ga/HCl/AsH3/H2和Ga/AsCl3/N2法。為了改進Ga/AsCl3/H2體系氣相外延層的質量，還研究出低溫和低溫低壓下的外延生長工藝。液相外延工藝是用Ga/GaAs熔池覆蓋襯底表面,然后通過降溫以生長外延層,也可采用溫度梯度生長法或施加直流電的電外延法。在器件(特別是微波器件)的制造方面,汽

6、相外延的應用比液相外延廣泛。液相外延可用來制造異質結(如GaAs/AlxGa1-xAs)，因此它是制造砷化鎵雙異質結激光器和太陽電池等的重要手段。4.2砷化鎵的外延生長砷化鎵外延技術還有分子束外延和金屬有機化合物汽相沉積外延。分子束外延是在超高真空條件下，使一個或多個熱分子束與晶體表面相作用而生長出外延層的方法。對入射分子或原子束流施加嚴格的控制，可以生長出超晶格結構，例如由交替的GaAs和AlxGaAs薄層（厚度僅10埃）所組成的結構。金屬有機化合物汽相沉積外延是用三甲基鎵或三乙基鎵與砷烷相作用而生長外延層。用這種方法也能適當地控制外延層的濃度、厚度和結構。與分子束外延相比，金屬有機化合物汽相沉積外延設備和工藝均較簡單，但分子束外延層的質量較高。4.4砷化鎵材料的應用應用砷化鎵器件主要包括光電器件和微波器件兩大類。砷化鎵以及其他-族化合物具有直接躍遷的能帶結構，在光電應用方面處于有利的地位。常用的光電器件有:AlxGaAs/GaAs和InGaxPAsy/InP兩種結構的雙異質結激光器，紅外和可見光發(fā)光管，砷化鎵太陽電池。在微波器件方面，砷化鎵的高遷移率和低有效質量使器件得以在更高頻率下工作。另外，基于電子轉移效應，已研制出耿氏管一類器件。70年代初，由于高質