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1、先進(jìn)化合物半導(dǎo)體材料11.定義與分類2.Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料3.Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料4.Ⅳ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體材料5.Ⅳ-Ⅳ族化合物半導(dǎo)體6.其他二元化合物半導(dǎo)體材料2定義：由兩種或兩種以上元素以確定的原子配比形成的化合物，并具有確定的禁帶寬度和能帶結(jié)構(gòu)等半導(dǎo)體性質(zhì)的稱為化合物半導(dǎo)體材料。分類：化合物半導(dǎo)體材料種類繁多，性質(zhì)各異，如Ⅲ-Ⅴ族和Ⅱ-Ⅵ族化合物半導(dǎo)體及其固溶體材料，Ⅳ-Ⅳ族化合物半導(dǎo)體(SiC)和氧化物半導(dǎo)體(Cu2O)等。它們中有寬禁帶材料，也有高電子遷移率材料；有直接帶隙材料，也有間接帶隙
2、材料。因此化合物半導(dǎo)體材料比起元素半導(dǎo)體來(lái)，有更廣泛的用途。31.定義與分類2.Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料指周期表中第ⅢA族的元素B、Al、Ga、In和ⅤA族元素N、P、As、Sb形成的15種化合物BN、BP、BAs、AlN、AlAs、AlP、AlSb、GaN、GaAs、GaP、GaSb、InN、InAs、InP和InSb。但并不是所有Ⅲ-Ⅴ族化合物都具有半導(dǎo)體性質(zhì)，例如：InBi、TlBi和TlSb451952年Welker等人發(fā)現(xiàn)Ⅲ族和Ⅴ族元素形成的化合物也是半導(dǎo)體，而且某些化合物半導(dǎo)
3、體如GaAs、InP等具有Ge、Si所不具備的優(yōu)越特性(如電子遷移率高、禁帶寬度大等等)，可以在微波及光電器件領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，因而開(kāi)始引起人們對(duì)化合物半導(dǎo)體材料的廣泛注意。但是，由于這些化合物中含有易揮發(fā)的Ⅴ族元素，材料的制備遠(yuǎn)比Ge、Si等困難。到50年代末，科學(xué)工作者應(yīng)用水平布里奇曼法(HB)、溫度梯度法(GF)和磁耦合提拉法生長(zhǎng)出了GaAs、InP單晶，但由于晶體太小不適于大規(guī)模的研究。1962年Metz等人提出可以用液封直拉法(LEC)來(lái)制備化合物半導(dǎo)體晶體，1965~1968年Mullin等人第一次
4、用三氧化二硼(B2O3)做液封劑，用LEC法生長(zhǎng)了GaAs、InP等單晶材料，為以后生長(zhǎng)大直徑、高質(zhì)量Ⅲ-Ⅴ族單晶打下了基礎(chǔ)。62.1Ⅲ-V族化合物半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)和硅、鍺不同，大多數(shù)Ⅲ-V族化合物半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)是閃鋅礦型，這種晶體結(jié)構(gòu)與金剛石型很相似，也是由兩套面心立方格子沿體對(duì)角線移動(dòng)1／4長(zhǎng)度套構(gòu)而成，不過(guò)金剛石這兩套格子的原子是相同的，而閃鋅礦型則一套是Ⅲ族原子，另一套是V族原子。7在閃鋅礦結(jié)構(gòu)中，Ⅲ族元素原子與V族元素原子的價(jià)電子數(shù)是不等的，關(guān)于它們之間價(jià)鍵的形成機(jī)構(gòu)有幾種說(shuō)法。一種認(rèn)為是由V族原子
5、的5個(gè)價(jià)電子中拿出一個(gè)給Ⅲ族原子，然后它們相互作用產(chǎn)生sp3雜化，形成類似金剛石結(jié)構(gòu)的共價(jià)鍵。例如，GaAs的Ga原子得到一個(gè)價(jià)電子變成Ga-，As原子給出一個(gè)價(jià)電子變成As+離子。它們按上述說(shuō)法鍵合時(shí)，雖說(shuō)是以共價(jià)鍵為主，但由于Ga-和As+離子的電荷作用而具有離子鍵性質(zhì)；8另一種認(rèn)為在閃鋅礦型晶體結(jié)構(gòu)中，除Ga-和As+形成的共價(jià)鍵外，還有Ga3+和As3-形成的離子鍵，因此Ⅲ-V族化合物的化學(xué)鍵屬于混合型。92.2Ⅲ-V族化合物半導(dǎo)體的性質(zhì)Δ目前得到實(shí)用的幾種Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體材料為GaAs、InP、G
6、aP、GaN、InSb和GaSb。Δ直接帶隙，光電轉(zhuǎn)換效率高，光電器件（LED，LD，太陽(yáng)能電池等）Δ帶隙較大，室溫帶隙值一般>1.1eV。高溫、大功率器件。ΔGaP是間接帶隙，摻入等電子雜質(zhì)（N）形成束縛激子仍可得到較高的發(fā)光效率。是紅、黃、綠LED的主要材料。Δ電子遷移率高，適合制備高頻、高速器件。Δ帶隙和溫度的關(guān)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能帶結(jié)構(gòu)，直接帶隙另兩個(gè)導(dǎo)帶極值Ec+0.31eV,Ec+0.48eV，禁帶寬度比Si大，但電子遷移率比Si大五倍多，熔點(diǎn)也比Si低一些，并且還具有元素半導(dǎo)體Si、Ge所不具備的其他性質(zhì)，因此深受人們的重視并對(duì)它進(jìn)行了多方面的研究，是目前最重要的化合物半導(dǎo)體材料之一。2.3常見(jiàn)Ⅲ-V族化合物半導(dǎo)體7GaAS能帶結(jié)構(gòu)，直接帶隙，禁帶寬度比Si大，熔點(diǎn)也比Si低一些，并且還具
8、有元素半導(dǎo)體Si、Ge所不具備的其他性質(zhì)，因此深受人們的重視并對(duì)它進(jìn)行了多方面的研究，是目前最重要的化合物半導(dǎo)體材料之一。13Δ直接帶隙材料，有較高的光電轉(zhuǎn)換效率；Δ電子遷移率高，約為Si的5-6倍，適合制作超高頻、超高速器件和電路；Δ易于制成非摻雜半絕緣單晶，電阻率可達(dá)109Ω·cm，是理想的微波傳輸介質(zhì)，在IC加工中不必制作絕緣隔離層；Δ帶隙寬，所制器件可在較高溫度（400-450
