基本介紹
- 中文名：磷化鎵單晶
- 外文名：gallium phosphide single crystal
- 化學分子式：GaP
- 結合鍵：共價鍵與離子鍵
- 晶型：閃鋅礦型結構
性質,磷化鎵的合成,套用,結構和工藝,
性質
磷化鎵的第一布里淵區為截角八面體，導帶極小值位於<100>方向，電子有效質量為0.35m，m為電子慣性質量；價帶極大值約位於布里淵區中心，重空穴和輕空穴有效質量分別為0.86m和0.14m，為間接帶隙半導體。室溫時，禁頻寬度為2.26eV，本徵載流子濃度為2.7×10/m。較純晶體的電子和空穴遷移率分別為1.5×10m/(v·s)和1.2×10m/(v·S)。摻入Ⅱ族、Ⅳ族或Ⅵ族原子可獲得p型或n型材料，還具有等電子陷阱。少數載流子壽命約為10～10μs。其熔點1467℃，可用區熔或直拉法製備單晶，還可用氣相外延、液相外延、分子束外延，金屬有機物化學氣相澱積法製備。
磷化鎵的合成
合成磷化鎵用汽相磷在高溫下與Ga反應直接合成，反應是在密封石英容器中進行，紅磷純度99.99990，鎵在石墨成應體中用高頻加熱到1500℃，同時用電阻爐把紅磷加熱使之蒸發，磷擴散入Ga中形成熔液狀GaP，使之定向結晶形成GaP多晶棒。石英反應容器是放退在一個金屬的高壓容器之中，外壁用水冷卻，金屬容器內充15大氣壓氮氣，使石英反應器壁的壓差減少。用此方法武接生長GaP單晶是有困難的，都是多晶，切片以後可見是透明的橙色多晶片。
套用
磷化鎵單晶經過切片、外延等工藝可以製成固體發光器件，它的壽命長，是半永久性的。這種器件發展很快，廣泛用於儀器、計算機和電子手錶等，作數字顯示或作指示燈，它可以發出紅光或綠光等(發光波長隨摻雜而變)。早期用砷化鎵製成的發光器件一個字如果發光20毫流明，需要100毫安的電流。而現用磷化鎵製成同樣一個發光器件，發光20毫流明只需要10毫安電流。用兩層外延法製成的磷化鎵發光管的效率商品水平為4-5%。溫格洛夫認為影響磷化鎵發光器件效率的主要因素是晶體中的位錯密度，位錯密度高則發光效率低。
結構和工藝
(1)晶體加工
將尺寸、電性能和晶體結構都合要求的晶體，切成厚250～300微米的晶片，然後將一個面進行化學拋光，在達些晶片上沉積一個或兩個磷化鎵外延層。
(2)外延工藝和二極體結構
提拉法生長出的晶體基片上首先沉積一層N型磷化鎵(用碲或硫摻雜)，並在二次沉積過程中改換摻雜劑來形成P型層，各層的厚度約為20-30微米。埸致發光就是在p-n結上發生的。使用低壓直流電源給p-n結施加“正向"電壓就會產生這種發光效應。也可以製造僅有一個外延層的場致發光結，這個結是利用鋅(p型)擴散入n型而形成的。
(3)汽相外延工藝
基本化學劑主要是氣態的，因而對摻雜濃度的控制非常靈活，5種反應氣體連同氫載氣和所需的摻雜劑從反應器頂部送入，此外還引入HCl蒸汽，並使之流過盛練的容器以便產生氯化氫蒸汽。通過反應區上進化學劑在基底處化合，結果就形成了具有所需特性的外延層。
(4)液相外延工藝
外延層是從熔融緣，磷化鎵(多晶體)和所需的摻雜中生長起來，最通用的辦法是“傾斜法”。需要熔化的材料放在石墨容器的一端，而拋光的基底則放在另一端。將容器在純氫氣氛中加熱至1060℃。此加熱器的中心是裝在絞鏈上，當溫度合適時就把容器傾斜，使熔融材料復蓋到基片上。在容器緩慢冶卻期間，具有一定雜質溶液的磷化鎵就在基底下沉積而形成外延層。
