Полупроводниковые соединения аiii вv

Полупроводниковые соединения А^III В^V - ближайшие электронные аналоги Si и Ge образуются в результате взаимодействия элементов III большой подгруппы Периодической системы (B, Al, Ga, In) с элементами V большой подгруппы (N, P, As, Sb). Bi и Tl не образуют подобных соединений.

Классифицируют по металлоиду: нитриды, фосфиды, арсениды, антимониды.

Кристаллизуются (кроме нитридов) в решетке кубического типа сфалерита. Для нитридов – гексагональная решетка вюрцита. Каждый атом окружен четырьмя другими. Грани сложенные из разноименных атомов [111] имеют отличающееся поведение при выращивании, травлении, окислении. Преобладает донорно – акцепторный тип связи.

Соединения А^III В^V образуют гомологические ряды, в которых закономерно изменяются свойства.

Tпл. ∆Е Tпл. ∆Е

AlP 2000 2,45 AlSb 1060 1,58

GaP 1467 2,26 GaSb 710 0,72

InP 1070 1,35 InSb 525 0,18

Разлагаются (кроме антимонидов) при нагревании на А^III_ж + 1/2 В^V_2газ.

Характеризуются незначительным отклонением от стехиометрии. Просты по механизму легирования, формируя “p-n” переходы. Примеси II группы (Be, Mg, Zn, Cd) образуют твердые растворы замещения (ТРЗ), являясь акцепторами. Примеси VI группы (S, Se,Te) располагаются в узлах В^V , являясь донорами.

Примеси IV группы могут быть и теми и другими, исходя из места, которое они занимают.

Для InSb, InAs, GaAs энергия ионизации доноров ≈ 0,002 – 0,005эВ.

Ценным свойством многих полупроводников А^IIIВ^V является высокая эффективность излучательной рекомендации неравновесных носителей заряда. GaP – излучает в видимой области от 0,4 до 0,6 мкм (в зависимости от концентрации Zn). GaAs(Si) – в инфракрасной области. Наиболее важна инжекционная электролюминесценция.

Получение: при получении неразлагающихся соединений (антимониды) сплавляют исходные компоненты, далее очистка и выращивание МК как в технологии Ge. Для разлагающихся соединений: арсениды, фосфиды; используется двух температурный метод. В закрытом объеме кварцевая ампула располагается в нагревательном блоке с градиентом температуры.

В первой зоне пары As растворяются в расплаве металла, затем раствор кристаллизуется.

Второй метод – вытягивание на затравку из – под прозрачного инертного флюса (В₂О₃). Толщина флюса примерно 1см. МК после вытягивания не имеют достаточной чистоты.

Поэтому большинство полупроводниковых приборов изготовляют на основе эпитаксиальных слоев А^IIIВ^V, осажденных из «жидкой» или «газовой» фазы.

Подложки – пластины вырезанные из МК. Наиболее распространен метод многокамерной лодочки.

Подложка перемещается и из каждой камеры осаждается слой вещества. Охлаждение ячеек производят в определенном температурном интервале.

Применение соединений А^III В^V имеет тенденцию к расширению:

1. GaAs – первый материал из которого был создан в 1962 инжекционный лазер (генерация когерентного излучения с помощью p-n перехода).

2. Светодиоды, отличающиеся высокой эффективностью, малыми размерами, совместимостью с элементами ИС.

3. Люминофоры для широкого спектрального диапазона.

4. В оптоэлектронике GaAs используют как излучатель в инфракрасной области.

5. Фотодиоды и фотоэлементы в широком диапазоне длин волн ∆ .

6. GaAs - один из лучших материалов солнечных батарей.

7. InSb – лучший фотоприемник для ИК- излучения в диапазоне 3-7 мкм в охлаждаемом варианте.

8. GaAs – материал фотокатодов с большим выходом.

9. InP, InAs и ТРЗ, а также GaAs – генераторы Ганна (10⁹ – 10¹⁰Гц).

10. GaAs, InSb – материалы для туннельных диодов (Т_раб выше, чем у германия).

11. Материалы для магниторезисторов, преобразователей Холла.

12. Материалы для полевых транзисторов.

13. Перспективны для создания БИС.