半导体材料课件：第6章 III-V族化合物半导体6-3、4、5.pdf

《半导体材料：第6章 III-V族化合物半导体》 本篇内容主要涵盖了第6章关于III-V族化合物半导体的深入探讨，重点讲述了GaAs（砷化镓）的特性及其单晶生长与掺杂过程。III-V族化合物半导体，如GaAs，因其特殊的电学和光学性质，广泛应用于微电子和光电子领域，尤其是在激光器、太阳能电池和高速电子器件中。 III-V族化合物半导体，如GaAs，具有直接带隙，这使得它们在光电转换和高速电子器件中表现出优越性能。GaAs单晶的生长方法包括液相外延和熔体生长，这些方法对杂质的控制至关重要，因为杂质会直接影响半导体的电学特性。 在杂质控制方面，第6章详细阐述了不同类型的杂质对GaAs的影响。例如，Ⅵ族元素如S、Se、Te作为浅施主，常用于N型掺杂；O在液相外延的GaAs中可以表现为浅施主或深施主，当存在浅受主时，O可以起到补偿作用，形成高阻（半绝缘）的GaAs。另一方面，Ⅱ族元素如Be、Mg、Zn、Cd、Hg可作为浅受主，其中Zn和Cd是最常用的P型掺杂剂，但它们也可能形成深受主能级。 两性杂质，如IV族元素Si、Ge、Sn，它们在取代III族原子时表现为施主，在取代V族原子时则为受主。Si在GaAs中既可以作为施主也可以作为受主，其掺杂浓度可达10^18 cm^-3。在液相外延过程中，由于As蒸气压低，Si倾向于占据As的位置成为受主，导致材料电阻率增加。 对于深能级杂质，如过渡元素V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni，V是施主，而其他元素则是深受主。这些深能级杂质的存在显著增加了GaAs的电阻率，从而实现半绝缘状态，这对于某些特殊应用是非常重要的。 在GaAs的掺杂工艺中，常见的N型掺杂剂有Te、Sn和Si，P型掺杂剂主要包括Zn，而高阻掺杂剂如Cr和Fe。掺杂方法包括直接添加不易挥发的杂质到Ga中，或通过加热将挥发性杂质如Te气相溶入GaAs。掺杂量的计算需要考虑LEC法，还需要考虑到杂质损失和补偿效应。在拉晶过程中，控制速度和温度分布可以优化杂质的分布均匀性，减少Si等沾污。 对于抑制Si沾污，可以通过调整炉温分布，例如采用三温区横拉单晶炉，以及改善生长环境来减少Si的引入，比如避免石英舟在高温下的侵蚀。 总结而言，本章详细介绍了III-V族化合物半导体，特别是GaAs的特性、生长和掺杂技术，强调了杂质控制对于半导体性能的重要性，为理解和优化半导体器件的设计提供了基础理论知识。