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1、第四章化合物半導體材料李斌斌化合物半導體材料III－V族化合物半導體材料II－VI族化合物半導體材料4.1常見的III-V化合物半導體化合物晶體結(jié)構(gòu)帶隙niunupGaAs閃鋅礦1.421.3×1068500320GaP閃鋅礦2.27150120GaN纖鋅礦3.490010InAs閃鋅礦0.358.1×10143300450InP閃鋅礦1.356.9×1075400150InN纖鋅礦2.054400AlN纖鋅礦6.2430014III-V族化合物半導體性質(zhì)（1）帶隙較大－－帶隙大于1.1eV（2）直接躍遷能帶結(jié)構(gòu)－－光電
2、轉(zhuǎn)換效率高（3）電子遷移率高－－高頻、高速器件帶隙和溫度的關(guān)系計算：GaAs300K和400K下的帶隙晶體結(jié)構(gòu)金剛石結(jié)構(gòu)閃鋅礦結(jié)構(gòu)纖鋅礦結(jié)構(gòu)離子鍵和極性共價鍵－－沒有極性離子鍵－－有極性兩者負電性相差越到，離子鍵成分越大，極性越強。極性的影響（1）解理面－－密排面（2）腐蝕速度－－B面易腐蝕（3）外延層質(zhì)量－－B面質(zhì)量好（4）晶片加工－－不對稱性4.1.1GaAS能帶結(jié)構(gòu)物理性質(zhì)化學性質(zhì)電學性質(zhì)光學性質(zhì)GaAs能帶結(jié)構(gòu)直接帶隙結(jié)構(gòu)雙能谷輕空穴和重空穴帶隙為1.42eVGaAs物理性質(zhì)GaAs晶體呈暗灰色，有金屬光澤分子量
3、為144.64原子密度4.42×1022/cm3GaAs化學性質(zhì)GaAs室溫下不溶于鹽酸，可與濃硝酸反應，易溶于王水室溫下，GaAs在水蒸氣和氧氣中穩(wěn)定加熱到6000C開始氧化，加熱到8000C以上開始離解GaAs電學性質(zhì)電子的速度有效質(zhì)量越低，電子速度越快GaAs中電子有效質(zhì)量為自由電子的1/15，是硅電子的1/3用GaAs制備的晶體管開關(guān)速度比硅的快3~4倍高頻器件，軍事上應用本征載流子濃度GaAs光學性質(zhì)直接帶隙結(jié)構(gòu)發(fā)光效率比其它半導體材料要高得多，可以制備發(fā)光二極管，光電器件和半導體激光器等4.1.2GaAs的應
4、用GaAs在無線通訊方面具有眾多優(yōu)勢GaAs是功率放大器的主流技術(shù)1）GaAs在無線通訊方面砷化鎵晶片與硅晶片主要差別，在于它是一種“高頻”傳輸使用的晶片，由于其頻率高，傳輸距離遠，傳輸品質(zhì)好，可攜帶信息量大，傳輸速度快，耗電量低，適合傳輸影音內(nèi)容，符合現(xiàn)代遠程通訊要求。一般訊息在傳輸時，因為距離增加而使所能接收到的訊號越來越弱，產(chǎn)生“聲音不清楚”甚至“收不到信號”的情形，這就是功率損耗。砷化鎵晶片的最大優(yōu)點，在于傳輸時的功率損耗比硅晶片小很多，成功克服訊號傳送不佳的障礙。砷化鎵具有抗輻射性，不易產(chǎn)生信號錯誤，特別適用于
5、避免衛(wèi)星通訊時暴露在太空中所產(chǎn)生的輻射問題。砷化鎵與硅元件特性比較砷化鎵硅最大頻率范圍2～300GHz<1GHz最大操作溫度200oC120oC電子遷移速率高低抗輻射性高低具光能是否高頻下使用雜訊少雜訊多，不易克服功率耗損小高元件大小小大材料成本高低產(chǎn)品良率低高應用領(lǐng)域頻率范圍個人通訊服務900MHz（cellular）1.8～2.2GHz（PCS）2.2～2.4GHz（3Gwireless）有線電視50～1000MHzGPS1.6GHz衛(wèi)星電視11～13GHzWirelessLAN900MHz2.4、5.8、60GHz
6、Point-to-pointRadio6、8、11、15、18、23、38、60GHzVSAT（小型衛(wèi)星地面站）6、14、28GHz衛(wèi)星移動電話1.6、2.5GHz（subscriber）20、23、29GHz（up/down/crosslink）寬頻衛(wèi)星服務28GHz汽車雷達控制系統(tǒng)76～77GHz電子收費系統(tǒng)5.8GHzGaAs非常適合高頻無線通訊2）GaAs是功率放大器的主流技術(shù)砷化鎵具備許多優(yōu)異特性，但材料成本及良品率方面比不上硅，因基頻部分以處理數(shù)字信號為主，內(nèi)部組件多為主動組件、線路分布密集，故以細微化和高集
7、成度純硅CMOS制程為主。手機中重要關(guān)鍵零部件功率放大器（PowerAmplifier，PA），由于對放大功率的嚴格要求，因此使用GaAs制造將是最佳方式。GaAs在無線通訊射頻前端應用具有高工作頻率、低噪聲、工作溫度使用范圍高以及能源利用率高等優(yōu)點，因此在未來幾年內(nèi)仍是高速模擬電路，特別是功率放大器的主流制程技術(shù)。手機是促進GaAsIC市場增長的主要動力根據(jù)StrategyAnalytics的報告，手機仍將是促進砷化鎵（GaAs）IC市場增長的主要動力。2004年GaAs芯片市場29億美元，2008年將達37億美元Ga
8、As器件市場將繼續(xù)主要依賴無線市場，手機市場是主要增長動力，2003年無線市場占GaAs器件總體需求的41%以上，來自汽車雷達等其它應用的需求將會增長，但2008年手機仍將至少占GaAs市場的33%隨著手機需求成長，以及每支手機所需PA從單頻增為雙頻和三頻，預計光手機這項需求，2008年GaAs芯片將達到30億顆國內(nèi)
