化合物半导体材料《半导体材料》

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1、第四章化合物半导体材料李斌斌化合物半导体材料III－V族化合物半导体材料II－VI族化合物半导体材料4.1常见的III-V化合物半导体化合物晶体结构带隙niunupGaAs闪锌矿1.421.3×1068500320GaP闪锌矿2.27150120GaN纤锌矿3.490010InAs闪锌矿0.358.1×10143300450InP闪锌矿1.356.9×1075400150InN纤锌矿2.054400AlN纤锌矿6.2430014III-V族化合物半导体性质（1）带隙较大－－带隙大于1.1eV（2）直接跃迁能带结构－－光电

2、转换效率高（3）电子迁移率高－－高频、高速器件带隙和温度的关系计算：GaAs300K和400K下的带隙晶体结构金刚石结构闪锌矿结构纤锌矿结构离子键和极性共价键－－没有极性离子键－－有极性两者负电性相差越到，离子键成分越大，极性越强。极性的影响（1）解理面－－密排面（2）腐蚀速度－－B面易腐蚀（3）外延层质量－－B面质量好（4）晶片加工－－不对称性4.1.1GaAS能带结构物理性质化学性质电学性质光学性质GaAs能带结构直接带隙结构双能谷轻空穴和重空穴带隙为1.42eVGaAs物理性质GaAs晶体呈暗灰色，有金属光泽分子量

3、为144.64原子密度4.42×1022/cm3GaAs化学性质GaAs室温下不溶于盐酸，可与浓硝酸反应，易溶于王水室温下，GaAs在水蒸气和氧气中稳定加热到6000C开始氧化，加热到8000C以上开始离解GaAs电学性质电子的速度有效质量越低，电子速度越快GaAs中电子有效质量为自由电子的1/15，是硅电子的1/3用GaAs制备的晶体管开关速度比硅的快3~4倍高频器件，军事上应用本征载流子浓度GaAs光学性质直接带隙结构发光效率比其它半导体材料要高得多，可以制备发光二极管，光电器件和半导体激光器等4.1.2GaAs的应

4、用GaAs在无线通讯方面具有众多优势GaAs是功率放大器的主流技术1）GaAs在无线通讯方面砷化镓晶片与硅晶片主要差别，在于它是一种“高频”传输使用的晶片，由于其频率高，传输距离远，传输品质好，可携带信息量大，传输速度快，耗电量低，适合传输影音内容，符合现代远程通讯要求。一般讯息在传输时，因为距离增加而使所能接收到的讯号越来越弱，产生“声音不清楚”甚至“收不到信号”的情形，这就是功率损耗。砷化镓晶片的最大优点，在于传输时的功率损耗比硅晶片小很多，成功克服讯号传送不佳的障碍。砷化镓具有抗辐射性，不易产生信号错误，特别适用于

5、避免卫星通讯时暴露在太空中所产生的辐射问题。砷化镓与硅元件特性比较砷化镓硅最大频率范围2～300GHz<1GHz最大操作温度200oC120oC电子迁移速率高低抗辐射性高低具光能是否高频下使用杂讯少杂讯多，不易克服功率耗损小高元件大小小大材料成本高低产品良率低高应用领域频率范围个人通讯服务900MHz（cellular）1.8～2.2GHz（PCS）2.2～2.4GHz（3Gwireless）有线电视50～1000MHzGPS1.6GHz卫星电视11～13GHzWirelessLAN900MHz2.4、5.8、60GHz

6、Point-to-pointRadio6、8、11、15、18、23、38、60GHzVSAT（小型卫星地面站）6、14、28GHz卫星移动电话1.6、2.5GHz（subscriber）20、23、29GHz（up/down/crosslink）宽频卫星服务28GHz汽车雷达控制系统76～77GHz电子收费系统5.8GHzGaAs非常适合高频无线通讯2）GaAs是功率放大器的主流技术砷化镓具备许多优异特性，但材料成本及良品率方面比不上硅，因基频部分以处理数字信号为主，内部组件多为主动组件、线路分布密集，故以细微化和高集

7、成度纯硅CMOS制程为主。手机中重要关键零部件功率放大器（PowerAmplifier，PA），由于对放大功率的严格要求，因此使用GaAs制造将是最佳方式。GaAs在无线通讯射频前端应用具有高工作频率、低噪声、工作温度使用范围高以及能源利用率高等优点，因此在未来几年内仍是高速模拟电路，特别是功率放大器的主流制程技术。手机是促进GaAsIC市场增长的主要动力根据StrategyAnalytics的报告，手机仍将是促进砷化镓（GaAs）IC市场增长的主要动力。2004年GaAs芯片市场29亿美元，2008年将达37亿美元Ga

8、As器件市场将继续主要依赖无线市场，手机市场是主要增长动力，2003年无线市场占GaAs器件总体需求的41%以上，来自汽车雷达等其它应用的需求将会增长，但2008年手机仍将至少占GaAs市场的33%随着手机需求成长，以及每支手机所需PA从单频增为双频和三频，预计光手机这项需求，2008年GaAs芯片将达到30亿颗国内