砷化镓半导体的特点

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砷化镓的禁带宽度大，E。-1.43eV，宽于硅，更宽于锗，因此砷化镓半导体器件能在远高于硅半导体器件工作温度、更高于锗半导体器件工作温度的450℃下正常工作；其pn结的反向电压高，反向饱和电流低，适用于制作大功率半导体器件；能够引入深能级的杂质，制成体电阻率比锗和硅高出三个数量级以上的集成电路衬底。
　　砷化镓的电子迁移率高，约为硅中电子迁移率的7倍，适用于制作高速场效应晶体管，能满足信息处理的高速化、高频化需求。
　　砷化镓的电子有效质量小，不到硅或锗中有效电子质量的三分之一，从而降低了杂质电离能，在极低的温度下仍然可以电离，极大地降低了砷化镓半导体器件的工作湿度，减小了器件的噪声。
　　砷化镓的光电转换效率高，可以制作成半导体激光器和红外光电器件。图6.2是中国科学院半导体所所办公司推出的多层异质结AIGaAs／GaAs结构的半导体脉冲大功率激光器，它具有尺寸小、密度高、效率高、高温特性好、输出功率大的特点，可用于激光引信、激光制导、激光报警、光电控制、激光测距仪、夜视仪等领域。图6.3是带有光学准直的大功率激光二极管。
　　第六届珠海航空展览上我国公开展出了使用激光引信引爆的属于前卫家族的两款新式便携式防空导弹。
　　示出的博士能PROSPORT450型激光测距仪是多种激光测距仪中的一种。这类激光测距仪即使在雨天也可以进行精确测量，应用于电力部门、消防系统、建筑施工勘察设计、网络规划、测绘与野生动物调查等领域。图6.15是使用了激光测距仪的坦克。图6.16是在2005年巴黎航展上展出的“幻影”Fl战机，其机头下的窗口是为其投掷炸弹进行激光测距的窗口。
　　图是一种可用于公安、国防、工业及民用的通用型夜视仪。图是美军的AN/PVS-5A型单兵夜视眼镜。图6.19是中国军队配置的WG89-200型头盔式微光夜视仪，可用于夜间车辆驾驶、观测、侦查、夜间巡逻、单兵武器瞄准与发射。
　　图是HONEYWELI,CONTROLSYSTEMS公司生产的一种砷化镓宽波束红外发射器的照片，GaAs和GaAIAs红外发射器与硅光电晶体管在光谱上相匹配，这两种发射器具有较窄或较宽的光束角度，可在中或高输出功率下使用。光电晶体管是高灵敏度器件，具有较窄或较宽的接收角度。每个器件均为气密性优良的T046封装。SE3455、SE3470和SD3443均有平面窗口，而其他器件则带有圆玻璃透镜，这些器件都可以根据用户需要，分别制作成适合于温度范围宽、高功耗等苛刻应用环境、以及窄光束角度或者宽光束角度的结构形式。
　　砷化镓半导体具有硅半导体和锗半导体不存在的负阻效应。如图6.21所示，当对砷化镓半导体施加直流电压时，从OV开始，电流随着电压的升高而线性地升高，这时其仍然服从欧姆定律，砷化镓表现为一种具有欧姆性质的电阻材料；但是，当外加电场的强度超过3kV/cm以后，流过砷化镓半导体材料的电流，随着电压的升高，反而减小，这时候欧姆定
　　律不再适用，砷化镓也不再表现为一种具有欧姆性质的电阻材料性质，这就是所谓的负阻效应。3kV/cm的电场强度称为砷化镓负阻效应的阈值。利用这种负阻效应，可以将砷化镓制作成微波固体振荡器。图6.22显示的微波振荡器就是在采用砷化镓器件后，其振荡频率可以达到20GHz或者更高。
　　砷化镓还可以用于制作微波集成电路、模拟集成电路、数字集成电路以及换能器件等，这时候的砷化镓经常选择碲(Te)、硒(Se)、硫(S)、硅(Si)、锡(Sn)、锗(Ge)等元素作为它的n型掺杂剂，选择镉(Cd)、锌(Zn)等元素作为它的p型掺杂剂。
　　有时候也将砷化镓作为镓砷磷(GaAll。P)、镓铝砷（Gai，Al。As）、铟镓磷(Ini，Ga，P)、硒化锌(ZnSe)等半导体材料的衬底材料。