半导体砷化镓材料的分析 砷化镓半导体.docx

半导体砷化镓材料的分析砷化镓半导体砷化镓材料分析摘要：本文主要介绍半导体材料GaAs的性质、用途、制备工艺及国内外发展现状。半导体材料的性质和结构参数决定了他的特征以及用途。GaAs在生活中也有着广泛的作用，通过对它的讨论希望有助于对半导体材料的认识和理解。关键词：半导体材料GaAs性质结构特征用途认识Abstract:thispapermainlyintroducesthepropertiesofGaAssemiconductormaterials,application,preparationtechnologyanddevelopmentsituationathomeandapoad.Thenatureofthesemiconductormaterialandstructureparametersdeterminehischaracterandpurpose.GaAsalsohasapoadroleinourdailylife,throughthediscussionofithopetocontributetounderstandingandtheunderstandingofsemiconductormaterials.Keywords：SemiconductorMaterialsGaAsPropertiesStructureCharacteristicsPurposeUnderstanding1引言化合物半导体材料的研究可以追溯到上世纪初，最早报导的是1910年由Thiel等人研究的InP材料。1952年，德国科学家Welker首次把Ⅲ-Ⅴ族化合物作为一种新的半导体族来研究，并指出它们具有Ge、Si等元素半导体材料所不具备的优越特性。五十多年来，化合物半导体材料的研究取得了巨大进展，在微电子和光电子领域也得到了日益广泛的应用。砷化镓（GaAs）材料是目前生产量最大、应用最广泛，因而也是最重要的化合物半导体材料，是仅次于硅的最重要的半导体材料。由于其优越的性能和能带结构，使砷化镓材料在微波器件和发光器件等方面具有很大发展潜力。目前砷化镓材料的先进生产技术仍掌握在日本、德国以及美国等国际大公司手中，与国外公司相比国内企业在砷化镓材料生产技术方面还有较大差距。2砷化镓材料的性质及用途砷化镓是典型的直接跃迁型能带结构，导带极小值与价带极大值均处于布里渊区中心，即K=0处，这使其具有较高的电光转换效率，是制备光电器件的优良材料。在300K时，砷化镓材料禁带宽度为1.42eV，远大于锗的0.67eV和硅的1.12eV，因此，砷化镓器件可以工作在较高的温度下和承受较大的功率。砷化镓（GaAs）材料与传统的硅半导体材料相比，它具电子迁移率高、禁带宽度大、直接带隙、消耗功率低等特性，电子迁移率约为硅材料的5.7倍。因此，广泛应用于高频及无线通讯中制做IC器件。所制出的这种高频、高速、防辐射的高温器件，通常应用于无线通信、光纤通信、移动通信、GPS全球导航等领域。除在IC产品应用以外，砷化镓材料也可加入其它元素改变其能带结构使其产生光电效应，制成半导体发光器件，还可以制做砷化镓太阳能电池。3砷化镓材料制备工艺从20世纪50年代开始，已经开发出了多种砷化镓单晶生长方法。目前主流的工业化1生长工艺包括：液封直拉法（LEC）、水平布里其曼法（HB）、垂直布里其曼法（VB）以及垂直梯度凝固法（VGF）等。3.1液封直拉法（LiquidEncapsulatedCzochralski，简称LEC）LEC法是生长非掺半绝缘砷化镓单晶（SIGaAs）的主要工艺，目前市场上80%以上的半绝缘砷化镓单晶是采用LEC法生长的。LEC法采用石墨加热器和PBN坩埚，以B2O3作为液封剂，在2MPa的氩气环境下进行砷化镓晶体生长。LEC工艺的主要优点是可靠性高，容易生长较长的大直径单晶，晶体碳含量可控，晶体的半绝缘特性好。其主要缺点是：化学剂量比较难控制、热场的温度梯度大（100~150K/cm）、晶体的位错密度高达104以上且分布不均匀。日本日立电线公司于1998年首先建立了6英寸LEC砷化镓单晶生产线，该公司安装了当时世界上最大的砷化镓单晶炉，坩埚直径400mm，投料量50公斤，生长的6英寸单晶长度达到350mm。德国Freiberger公司于2000年报道了世界上第一颗采用LEC工艺研制的8英寸砷化镓单晶。3.2水平布里其曼法（HorizontalBridgman，简称HB）HB法是曾经是大量生产半导体（低阻）砷化镓单晶（SCGaAs）的主要工艺，使用石英舟和石英管在常压下生长，可靠性和稳定性高。HB法的优点是可利用砷蒸汽精确控制晶体的化学剂量比，温度梯度小从而达到降低位错的目的。HB砷化镓单晶的位错密度比LEC砷化镓单晶的位错密度低一个数量级以上。主要缺点