砷化镓(GaAs)材料是继硅单晶之后第二代新型化合物半导体中最重要,用途最广泛的材料之一,主要用于光电子产业和微电子产业。
电子迁移率和光电转化效率高,在微电子和光电子领域应用广泛
砷化镓属III~V族化合物半导体,闪锌矿型晶格结构,晶格常数5.65×10-10m,熔点1238℃,禁带宽度1.42V。与元素半导体Ge和Si相比,GaAs具有重要特性:
·禁带宽度大,由于GaAs的禁带宽度较大,本征激发比较困难,因此可制得耐高温、耐高压的大功率器件和半绝缘高阻材料;
·电子迁移率高,由于GaAs电子迁移率高,扩散系数也大,因此用GaAs作的器件相比用Ge和Si作的器件,可以在更高的频率下工作;
·介电常数小,这使得GaAs器件的结电容比较小,器件可在更高频率下工作;
·电子有效质量小,这一特性使得GaAs中的杂质电离能较小,即杂质在极低的温度下仍然可以发生电离,不影响器件的正常工作;
·特殊的能带结构,即导带最低能级和价带最高能级均位于布里渊区的中心,即k=0处;
·空穴对GaAs可直接跃迁禁带宽度,使光电转换效率高。
砷化镓按照材料特性可分为导电型砷化镓和半绝缘砷化镓。导电型砷化镓应用到光电子领域,单晶生长方法有HB、VB、VGF法,单晶尺寸有Φ2”、Φ3”、Φ4”和Φ6”,以Φ4”为主,主要用于制作LED。半绝缘砷化镓应用到微电子领域,单晶生长方法有VGF、VB、LEC法,单晶尺寸有Φ4”和Φ6”,主要用于制作射频(RF)功率器件。
在微电子领域,利用砷化镓的电子迁移率高、禁带宽度大、直接带隙、消耗功率低等特性,制作的微波大功率器件、低噪声器件、微波毫米波单片集成电路、超高速数字集成电路等以移动通信、光纤通信、卫星通信等代表的高技术通信领域以及广播电视、全球定位、导航、超高速计算机、信息安全、雷达、军工通信、军工电子等领域都有广泛的应用。
在光电子领域,利用砷化镓的直接跃迁能带结构具备的高电光转化效率特性,制作的发光二极管(LED)、激光器(LD)、光探测器等各类光电器件在以背光显示、半导体照明、汽车、智能手机、可穿戴和安防设备等领域都有广泛的应用。砷化镓材料的主要用途。