第六章二元ⅢⅤ族化合物的制备及其特征.ppt

二元Ⅲ-Ⅴ族化合物的制备及其特征 6-1 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的特性 回忆: 硅的晶体结构;如何形成 6-1-2 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的能带结构 锗和硅的能带结构 GaAs 能带结构与Si、 Ge 能带结构相比，特点如下： 1. GaAs 的导带极小值与价带极大值都在K＝0，这种能带结构叫做直接跃迁型；而Si、 Ge 的极大和极小值所在的K值不同，这种能带结构叫做间接跃迁型。 2. GaAs 在100方向上具有双能谷能带结构，即除k＝0处有极小值外，在100方向边缘上存在另一个导带极小值，比中心极小值仅高0.36eV。因此电子具有主次两个能谷。 3. GaAs的最高工作温度450℃.硅:250℃ 锗:100℃ GaP间接跃迁型材料 发光效率比直接跃迁型材料低 但是如果某些杂质在GaP中可形成发光的辐射复合中心,使GaP从间接跃迁到直接跃迁转化,发光效率会提高. 在半导体中，电子和空穴可以是自由运动的，也可以是被束缚的。 电子由价带激发到导带，就形成自由的电子和空穴 电子由价带激发到导带下面的一个激发态而未到达导带的时候，电子将被束缚在空穴的库仑场中，又不与空穴复合而形成激子。 激子：电子与空穴间的库伦引力使两者处于束缚状态，这种被束缚的电子空穴对就叫激子。 (补充)等电子杂质指与点阵中被替代的原子处于周期表中同一族的其他原子。例如 GaP中取代P位的N或Bi原子。 等电子杂质本身是电中性的,但由于它与被替代的原子有不同的电负性和原子半径，这些差异会产生以短程作用为主的杂质势，可以俘获电子(或空穴),称为等电子陷阱。 通常电负性大的等电子杂质形成电子束缚态，反之形成空穴束缚态。 电子俘获中心也可称为“电子陷阱”,空穴俘获中心可称为“空穴陷阱”.它们都应是禁带中的深能级。 半导体中某些处于最近邻的施主－受主对，例如GaP中的Zn-O对及Cd－O对(尽管这些不是等电子杂质)，实际上类似于晶体中的中性分子。它们也以短程作用束缚电子，构成等电子陷阱。 等电子陷阱通过短程势俘获电子(或空穴)之后，成为负电（或正电）中心，可以借助长程库仑作用吸引一个空穴（或电子），于是形成了等电子陷阱上的束缚激子。 目前GaP中能形成电子陷阱束缚激子的杂质有N(绿光)，Bi（橙光），Zn－O（红光），Cd－O（红光）等 6－1－3 III-V族化合物的极性 1.非中心对称性 III-V族化合物半导体大多数是闪锌矿结构，这种结构是非中心对称的，它不具有反映中心。GaAs是一系列Ga原子和As原子组成的双原子层，因此晶体在对称晶面上的性质不同。如[111]和[ ]是不同的。 把这种不对称性叫做极性 III族原子称为A原子，对应的{111}面称为A面， V族原子称为B原子，对应的{111}面称为B面 2.极性对解理性的影响 硅锗金刚石结构中，（111）面间距最大，是解理面。 闪锌矿晶体的解理面是（110）面 3.极性对表面腐蚀和晶体生长的影响 GaAs单晶的（111）A面和（111）B面有不同的腐蚀性。这种差异与III-V族化合物的极性有关。B面腐蚀速度比A面快.但是当把腐蚀液的温度升高,A,B面之间的差异就看不出来了. 6-2砷化镓单晶的生长方法 III-V族化合物体单晶主要从熔体中生长 方法有水平布里奇曼法 液态封存法 1.水平布里奇曼法（horizontal bridgman technique） 水平布里奇曼法又叫横拉法。与水平区熔法相似 两温区HB法生长GaAs设备图6－15 步骤P145-146 2.液态密封法 液态密封法也称 LEP（liquid encapsulation pulling technique）法或称 LEC( liquid encapsulation czochralski method)法 它是目前拉制大直径III-V族化合物晶体的最重要的方法。 用这种方法可以拉制GaAs，GaP, InP等的大直径单晶 6－3砷化镓单晶中杂质的控制 6－3－1砷化镓单晶中杂质的性质 6－3－2砷化镓单晶的掺杂 GaAs常用的掺杂剂 N型掺杂剂Te,Sn,Si P型是Zn 高阻是Cr，Fe和O 掺杂的方法可将杂质直接加入Ga中，也可以将易挥发的杂质（如Te）与砷放在一起，加热后通过气相溶入GaAs中掺杂 6－3－3砷化镓单晶中Si沾污的抑制 砷化镓单晶中Si沾污主要来源于GaAs熔体侵蚀石英器皿的结果. 减少Si的沾污,主要措施是: 1.采用三温区横拉单晶炉改变炉温分布,温度升高可以抑制Si的生成. 2.降低合成GaAs及拉晶时高温区温度 3.压缩反应系统与GaAs熔体的体积比. 4.往反应系统中添加O2