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砷化镓物理特性

及应用

院系：可再生能源学院

专业：新能源材料与器件

班级：能材1201班

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学号：**********

2015年1月

华北电力大学

摘要：文章从砷化镓材料的结构，物理特性以及应用方面，对砷化镓材

料进行了简单的介绍和了解。Ⅲ-Ⅴ族半导体砷化镓具有禁带宽度大且为直接带

隙、本征载流子浓度低，而且具有半绝缘性能，其具有耐热、耐辐射及对磁场

敏感等特性，制造的器件也具有特殊用途和多样性,应用已经延伸到硅、锗器件

所不能达到的领域，是用途广泛，非常重要的一种半导体材料。

关键词：砷化镓直接带隙结构Ⅲ-Ⅴ族半导体半绝缘砷化镓

一．引言

化合物半导体材料砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）是微电子和光电子的

基础材料，而砷化镓则是化合物半导体中最重要、用途最广泛的半导体材料，

也是目前研究得最成熟、生产量最大的化合物半导体材料。由于砷化镓具有电

子迁移率高（是硅的5~6倍）、禁带宽度大（它为1.43eV，Si为1.1eV）且为

79Ωcm）、本征载流子浓度低、

直接带隙，容易制成半绝缘材料（电阻率10~10

光电特性好。用砷化镓材料制作的器件频率响应好、速度快、工作温度高，能

满足集成光电子的需要。它是目前最重要的光电子材料，也是继硅材料之后最

重要的微电子材料，它适合于制造高频、高速的器件和电路。

此外,GaAs材料还具有耐热、耐辐射及对磁场敏感等特性。所以,用该材

料制造的器件也具有特殊用途和多样性,其应用已延伸到硅、锗器件所不能达到

的领域。即使在1998年世界半导体产业不景气的状况下,GaAs材料器件的销

售市场仍然看好[1]。当然,GaAs材料也存在一些不利因素,如:材料熔点蒸气

压高、组分难控制、单晶生长速度慢、材料机械强度弱、完整性差及价格昂贵

等,这都大大影响了其应用程度。然而,GaAs材料所具有的独特性能及其在军

事、民用和产业等领域的广泛用途,都极大地引起各国的高度重视,并投入大量

资金进行开发和研究。

华北电力大学

二．材料的结构

2.1砷化镓的晶体结构

砷化镓晶格是由两个面心立方(fcc)的子晶格(格点上分别是砷和镓的两个

子晶格)沿空间体对角线位移1/4套构而成。这种晶体结构在物理学上称之为闪

锌矿结构。图1给出了砷化镓晶胞结构的示意图,表1给出了在室温下目前已知

砷化镓半导体材料的物理、电学参数。关于砷化镓的化学组成形式,III-V族化

合物共价键模型认为[2]:这类化合物形成四面体共价结合,成键时III族原子提

供3个SP组态的价电子,而V族原子提供5个SP组态的价电子，它们之间平

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均每个原子有四个价电子，正好可用作形成四面体共价结合之用。这类化合物

以共价结合为主,但却混杂有部分离子结合性质。这是由于V族元素的电负性比

III族元素大,组成晶体时,部分电子将从电负性低的原子(III族元素)转移到电

负性较高的原子(V族元素)中去,电荷的这种转移(极化)使III族元素带正电,V

族元素带负电。如果引用有效电荷Z*e这个概念来描述这种电荷转移的程度,则

“共价键”模型可认为砷化镓晶体以共价结合为主,但混杂有部