先进化合物半导体材料.ppt

《先进化合物半导体材料.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、先进化合物半导体材料11.定义与分类2.Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料3.Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体材料4.Ⅳ-Ⅵ族化合物半导体材料5.Ⅳ-Ⅳ族化合物半导体6.其他二元化合物半导体材料2定义：由两种或两种以上元素以确定的原子配比形成的化合物，并具有确定的禁带宽度和能带结构等半导体性质的称为化合物半导体材料。分类：化合物半导体材料种类繁多，性质各异，如Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族化合物半导体及其固溶体材料，Ⅳ-Ⅳ族化合物半导体(SiC)和氧化物半导体(Cu2O)等。它们中有宽禁带材料，也有高电子迁移率材料；有直接带隙材料，也有间接带隙

2、材料。因此化合物半导体材料比起元素半导体来，有更广泛的用途。31.定义与分类2.Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料指周期表中第ⅢA族的元素B、Al、Ga、In和ⅤA族元素N、P、As、Sb形成的15种化合物BN、BP、BAs、AlN、AlAs、AlP、AlSb、GaN、GaAs、GaP、GaSb、InN、InAs、InP和InSb。但并不是所有Ⅲ-Ⅴ族化合物都具有半导体性质，例如：InBi、TlBi和TlSb451952年Welker等人发现Ⅲ族和Ⅴ族元素形成的化合物也是半导体，而且某些化合物半导

3、体如GaAs、InP等具有Ge、Si所不具备的优越特性(如电子迁移率高、禁带宽度大等等)，可以在微波及光电器件领域有广泛的应用，因而开始引起人们对化合物半导体材料的广泛注意。但是，由于这些化合物中含有易挥发的Ⅴ族元素，材料的制备远比Ge、Si等困难。到50年代末，科学工作者应用水平布里奇曼法(HB)、温度梯度法(GF)和磁耦合提拉法生长出了GaAs、InP单晶，但由于晶体太小不适于大规模的研究。1962年Metz等人提出可以用液封直拉法(LEC)来制备化合物半导体晶体，1965~1968年Mullin等人第一次

4、用三氧化二硼(B2O3)做液封剂，用LEC法生长了GaAs、InP等单晶材料，为以后生长大直径、高质量Ⅲ-Ⅴ族单晶打下了基础。62.1Ⅲ-V族化合物半导体的晶体结构和硅、锗不同，大多数Ⅲ-V族化合物半导体的晶体结构是闪锌矿型，这种晶体结构与金刚石型很相似，也是由两套面心立方格子沿体对角线移动1／4长度套构而成，不过金刚石这两套格子的原子是相同的，而闪锌矿型则一套是Ⅲ族原子，另一套是V族原子。7在闪锌矿结构中，Ⅲ族元素原子与V族元素原子的价电子数是不等的，关于它们之间价键的形成机构有几种说法。一种认为是由V族原子

5、的5个价电子中拿出一个给Ⅲ族原子，然后它们相互作用产生sp3杂化，形成类似金刚石结构的共价键。例如，GaAs的Ga原子得到一个价电子变成Ga-，As原子给出一个价电子变成As+离子。它们按上述说法键合时，虽说是以共价键为主，但由于Ga-和As+离子的电荷作用而具有离子键性质；8另一种认为在闪锌矿型晶体结构中，除Ga-和As+形成的共价键外，还有Ga3+和As3-形成的离子键，因此Ⅲ-V族化合物的化学键属于混合型。92.2Ⅲ-V族化合物半导体的性质Δ目前得到实用的几种Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料为GaAs、InP、G

6、aP、GaN、InSb和GaSb。Δ直接带隙，光电转换效率高，光电器件（LED，LD，太阳能电池等）Δ带隙较大，室温带隙值一般>1.1eV。高温、大功率器件。ΔGaP是间接带隙，掺入等电子杂质（N）形成束缚激子仍可得到较高的发光效率。是红、黄、绿LED的主要材料。Δ电子迁移率高，适合制备高频、高速器件。Δ带隙和温度的关系化合物Eg(0)/eVα/10-4eV·K-1βAlPAlAsAlSbGaPGaAsGaSbInPInAsInSb2.522.2391.6872.3381.5190.8101.4210.4200

7、.2363.186.04.975.7715.4053.783.632.502.9958840821337220494152751407GaAS能带结构，直接带隙另两个导带极值Ec+0.31eV,Ec+0.48eV，禁带宽度比Si大，但电子迁移率比Si大五倍多，熔点也比Si低一些，并且还具有元素半导体Si、Ge所不具备的其他性质，因此深受人们的重视并对它进行了多方面的研究，是目前最重要的化合物半导体材料之一。2.3常见Ⅲ-V族化合物半导体7GaAS能带结构，直接带隙，禁带宽度比Si大，熔点也比Si低一些，并且还具

8、有元素半导体Si、Ge所不具备的其他性质，因此深受人们的重视并对它进行了多方面的研究，是目前最重要的化合物半导体材料之一。13Δ直接带隙材料，有较高的光电转换效率；Δ电子迁移率高，约为Si的5-6倍，适合制作超高频、超高速器件和电路；Δ易于制成非掺杂半绝缘单晶，电阻率可达109Ω·cm，是理想的微波传输介质，在IC加工中不必制作绝缘隔离层；Δ带隙宽，所制器件可在较高温度（400-450