[发明专利]一种化合物半导体薄膜材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜材料制造领域，特别是涉及一种制备组成为Ga_δIn_1-δP_yAs_1-y[0≤δ≤1,0≤y≤1]的化合物半导体薄膜材料的制备方法。

背景技术

砷化镓(GaAs)是一种室温下禁带宽度为1.42eV的人工合成的化合物半导体材料。GaAs属闪锌矿型晶格结构，晶格常数5.65×10^-10m，与磷化铟(InP)属直接跃迁型能带结构。砷化镓呈黑灰色固体，熔点1238℃。它在600℃以下，能在空气中稳定存在，并且不为非氧化性的酸侵蚀。

砷化镓是半导体材料中，兼具多方面优点的材料，砷化镓于1964年进入实质性应用阶段。砷化镓可以制成电阻率比硅、锗高出3个数量级以上的半绝缘高阻材料，用来制作集成电路衬底、红外探测器、γ光子探测器等。由于其电子迁移率比硅大5～6倍，故在制作微波器件和高速数字电路方面得到重要应用。用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。此外，还可以用于制作转移器件-体效应器件。

GaAs拥有一些比Si更好的电子特性，使得GaAs可以用在高于250GHz的场合。如果等效的GaAs和Si元件同时都操作在高频时，GaAs会产生较少的噪声。同时因为GaAs拥有较高的崩溃电压，所以GaAs比同样的Si元件更适合操作在高功率的场合。由于这些特性，GaAs电路可以运用在移动电话、卫星通讯、微波点对点连线、雷达系统等方面。GaAs曾用来做成甘恩二极管、微波二极管和耿氏二极管)以发射微波。由于GaAs是直接带隙的半导体材料，所以可以用来发光。而Si是间接带隙材料，只能发射非常微弱的光。因此，GaAs在LED中应用前景广泛。

砷化镓在当代微电子和光电子产业中发挥着重要的作用，其产品50％应用在军事、航天方面，30％用于通信方面，其余用于网络设备、计算机和测试仪器方面。由于砷化镓优良的高频特性，它被广泛用于制造无线通信和光通信器件，半绝缘砷化镓单晶已经成为制造大功率微波、毫米波通信器件和集成电路的主要材料。用于光辐射、太阳能电池、红外探测器、移动通讯、光纤通讯、有线电视、卫星通信、汽车雷达、红外LED、高亮度红、橙、黄色LED、半导体激光二极管、军用夜视仪和航天用高效太阳能电池。

根据美国硅谷Strategies公司的预测，2000年全球基于砷化镓材料的无线通信器件市场需求为17亿美元，其中砷化镓抛光片与外延片的需求为6亿美元，并将于2005年达到25亿美元，年增长率达到30％。

由于砷化镓可在同一块芯片上同时处理光电数据，因而被广泛应用于遥控、手机、DVD计算机外设、照明等诸多光电子领域。另外，因其电子迁移率比硅高6倍，砷化镓成为超高速、超高频器件和集成电路的必需品。它还被广泛使用于军事领域，是激光制导导弹的重要材料。

GaAs的另一个很重要的应用是高效率的太阳电池。1970年时，Zhores Alferov和他的团队在苏联做出第一个GaAs异质结构的太阳电池。用GaAs、Ge和InGaP三种材料做成的三介面太阳电池，有32％以上的效率，且可以操作在2,000suns下的光。这种太阳电池曾运用在探测火星表面的机器人：精神号漫游者(spirit rover)和机会号漫游者(opportunity rover)上。而且很多太阳电池都是用GaAs来做的电池阵列。

磷化镓(GaP)也是一种人工合成的III-V族化合物型半导体材料，高纯GaP是一种橙红色透明晶体。磷化镓(GaP)单晶材料的熔点为1467℃。磷化镓(GaP)的晶体仍为闪锌矿型结构，晶格常数为0.5447±0.006nm，其化学键是以共价键为主的混合键，其离子键成分约为20％，300K时能隙(Eg)为2.26eV，属间接跃迁型半导体。磷化镓(GaP)与其他大带隙Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体相同，可以通过引入深中心使费米能级接近带隙中部，如掺入铬、铁、氧等杂质元素可成为半绝缘材料。磷化镓(GaP)分为单晶材料和外延材料。工业生产的衬底单晶均为掺入硫、硅杂质的N型半导体。