第六章二元Ⅲ—Ⅴ族化合物的制备及其特征.pptVIP

二元Ⅲ-Ⅴ族化合物的制备及其特征;回忆: 硅的晶体结构;如何形成;闪锌矿结构;纤锌矿晶体结构;6-1-2 Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的能带结构;III-V族化合物半导体;GaAs 能带结构与Si、 Ge 能带结构相比，特点如下：;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;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??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;1.水平布里奇曼法（horizontal bridgman technique）;2.液态密封法;6－3砷化镓单晶中杂质的控制;6－3－2砷化镓单晶的掺杂;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,Ga2O3,As2O3,减少硅的沾污 5.改变GaAs熔体与石英舟接触的状态,减少”粘舟”现象;6-4 GaAs单晶的完整性;3. GaAs中沉淀 在GaAs单晶中,掺入杂质的浓度足够高时就会发现有沉淀生成.例如,重掺Te的GaAs中,当掺入的Te浓度比GaAs中载流子浓度大时,有一部分Te形成电学非活性的沉淀. GaAs中的微沉淀对器件的性能有很大的影响,如Te沉淀物使单异质结激光器内量子效率降低,吸收系数增大,发光不均匀,使器件性能退化. 4. GaAs晶体的热处理 外延法生长的GaAs材料dρ/dT?0,体单晶材料则dρ/dT0 原因: GaAs材料中存在着较高浓度的深能级缺陷 ;一般的半导体材料,室温下杂质已经全部电离,升高温度,载流子数目增加,但是由于GaAs禁带宽度较宽,本征激发提供的载流子浓度很少.另一方面,升温会使得晶格散射作用增强,使迁移率很快下降.所以 ?=1/ ?=1/nq ?会下降. 所以在掺杂浅能级施主能级杂质的材料中dρ/dT?0 当材料中含有深能级电子陷阱时,如果它的密度超过或相当于浅施主的状态密度时,大部分导电电子会被陷阱捕获,使材料呈现高阻状态. 当温度逐渐升高,它们将逐渐电离参加导电,使得晶体电阻率下降,使得dρ/dT0. 若把GaAs体单晶进行热处理,可以消除或降低深能级电子陷阱,使dρ/dT?0. 热处理方法: A:生长单晶后不打开石英管,在原气氛下降温退火 B:取出单晶,在流动的H2下热处理,温度为700～850℃，时间12h;6－5 其他III-V族化合物半导体的制备;2.合成溶质扩散法 SSD(synthesis solute diffusion) 步骤：坩锅中盛Ga，Ga表面温度在1100℃～1150℃，坩锅底部籽晶处在1000～1050℃，P源温度在420℃，这