砷化镓晶体定向及籽晶加工
砷化镓晶体定向、籽晶加工和安装技术一个理想的籽晶，应是同一材料的无缺陷或很少缺陷的有一定取向单晶制成。籽晶可以是圆柱，也可是方形。直径不宜太粗。籽晶必须具有确定的晶向，生长的砷化镓晶体一般有<11l>、<100>、<21l>、<511>等晶向。籽晶加工分同类晶向的籽晶加工和不同类晶向的籽晶加工。为了得到晶向精度较高的籽晶，必须对加工籽晶的晶体进行定向。以下介绍几种定向方法。
1 解理法定向
晶体的解理，就是当晶体受到定向机械应力的作用时，可以平行一个或几个平整的面分裂开的性质。这些分裂的平整平面称为解理面。晶体的解理面形成机理分为三类：(1)晶体在各方向上键结合的方式是否有很大差异，键合较微弱的晶面必然是解理面。(2)如果晶体中各个方向上键合的方式相同，相邻晶面间键密度的大小，键密度小的必然是解理面。(3)对于带有离子键的晶体，晶面间的作用，键密度的大小不是唯一的因素，而还应考虑相邻晶面间的静电作用。
在砷化镓晶体中，(111)晶面(又称为A面)全部是由Ⅲ族镓原子组成，(-1-1-1)晶面(又称B面)全部由V族砷原子组成，而(111)面与(-1-1-1)面在晶体中是交替排列的。砷化镓晶体中的镓原子和砷原子都处于极化状态，即镓原子带负电，砷原子带正电。因此在(111)晶面与(-1-1-1)晶面之间存在静电引力作用，外来的机械作用力不易把它们分裂开。而在每个(110)晶面间上都有相同数目的镓原子和砷原子，所以(110)晶面间不存在静电引力。同时因(110)晶面间单位面积上作用的键数仅比(111)晶面多，而比其它晶面都少，所以(110)晶面在外来机械作用力的作用下极易分裂开，成为极完整的解理面。
单晶体有一种独特的性质各向异性，在晶体生长也表现出这种性质，一般晶体生长时，都优先在原子排列最密集的晶面上生长的倾向。对砷化镓晶体，原子排列最密集的晶面是（111)晶面。镓、砷原子在（111)面上按六角密堆进行排列。晶体生长时，在原子稠密的平面上进行横向扩展，要比垂直此平面产生新的核而生长要迅速。砷化镓晶体属极性晶体，因此极性也影响着砷化镓单晶的生长。埃利斯(E11is)实验证明，直拉砷化镓单晶时，生长速度最慢的面是砷面[(-1-1-1)晶面]，而镓面[(111)晶面]的生长速度较砷面快。
解理插针法定向能可靠地对砷化锿单晶的(100)、(111)和(110)晶面进行定向。此法所用设备简单。定向时间短，但定向偏离度在3～5°。此法不适合籽晶加工定向，也不适合工厂生产。解理法测角定向较为广泛使用．可以获得准确的晶体取向和晶体取向的偏移数值。
2 图像法定向
图1(111)、(-1-1-1)砷化锿简化极射赤面投影，单晶的生长棱线，光反射花样，解理面、位错腐蚀坑图形
光图像定向是根据晶体解理面的光反射性和晶体结构的对称性实现对晶体定向。当一束较细的平行光照射到经一定方法处理过的晶体断面上时，晶体断面上按一定对称方向排列放置的解理面就会产生反射。对不同结构的晶体和不同的晶面，反射光在光屏上形成不同的光圈像。转动晶体，以调整光图像的形状和位置，就可获得所需要的晶体取向。
图2(100)、(1l0)砷化镓简化极射赤面投影，单晶的生长棱线，光反射花样，解理面、位错腐蚀坑图形晶体断面处理的目的使断面上的几个对称解理面组同时显露处理．使平行光束照射到这些解理面上时产生对称的光反射．在光屏上形成对称的光反射图像。一般采用机械处理和化学处理相结合方法。
机械处理：(1)一般根据晶体的生长棱线可以判断出晶体的大致取向。如果所要求的晶向和晶体原来的断面取向基本一致，可用100#碳化硅在平板玻璃上将其断面研磨粗糙。(2)如果不能根据晶体的生长棱线来判断其断面的取向，或者所判定的断面的取向和要求的晶体取向不一致时，需用球面研磨器和100#碳化硅将单晶断面研磨成半球状，也可用砂轮磨去晶体断面处的棱角，选用100#沙子用压缩空气喷沙处理。形成许多可能取向的解理面组，宏观上只能看到晶体断面上有无数凹凸的小坑和有闪光的亮点。它们对入射平行光束将按其取向方向产生光反射。
化学处理：适当的化学腐蚀机械处理过的晶体断面，使断面处凹凸坑里的不同取向的小解理面更分明。同时去除凹凸坑内的一些残余晶体粉末和碳化硅污物。使处理后光图像变得更清晰。然后采用光图像定向仪定向。
砷化镓光图像法定向腐蚀液配方：
<111>HN03：H20=1：2 2～3min
<-1-1-1>HF：HN03：H20：HN03(1％溶液)=1：3：4：1 l min
3 X射线定向
3.1 X射线定向基本原理
当任何一种高速运动的带电粒子与一块金属物质相碰撞时，都会产生X射线。当真空条件下，阴极灯丝发出的电子在高压电场加速成高速运动的带电粒子与阳极金属物质原子的内层电子相作用，内层电子因获得了外来带电粒子的能量而被激发到最外层能级上，或被激发出整个原子体系之外。邻近壳层上电子将向内层能级跃迁，该跃迁电子将放射出等于两个能级的位能能量。这个能量是量子化的，而且是以光的形式释放，此光就是X光。
由于X射线是高速带电粒子和物质原子的内层电子相作用而产生的，因此它的能量高，波长短(0．01埃～100埃)，波长范围和晶体的原子间距有相同的数量级。因此晶体可用作X 射线的天然衍射光栅。当x射线照射到晶体上时，在一定条件下就能够产生衍射。不同结构的晶体和不同的晶体取向，X射线所产生的衍射花样形状和衍射斑点的位置是不同的，各个衍射斑点和晶体中的各个晶面有一定的对应关系，衍射斑点的对称关系也反应出了晶体结构的对称情况。因此根据这些衍射花样和衍射斑点的位置可以确定出晶体的取向。
当波长为入的X射线以θ角入射到晶面间距为d的一组晶面上时，晶体将对X射线产生衍射。把衍射现象视为晶体点阵平面的反射现象。如图3可以看出，如果光(1)和光(2)所走过的光程之差为波长的整数倍。
图3布拉格衍射推导几何关系示意图
AB=BC，AB=OAsinθ，
AB+BC=2dsinθ(5-1)
设n为整数，光(1)’和(2)’若要产生“相干"，即发生衍射，光(1)、(1)’和光(2)、(2)’所走过的光程差AB+BC必须满足相干条件：
AB+BC=nλ(5-2)
将(5-2)式代入(5-1)式得：
2dsinθ=nλ(5-3)
(5-3)式称为布拉格方程，式中的θ成为布拉格角，或称衍射角。X射线定向方法不仅适用于一种或几种特殊晶体的某些晶面，而适用各种晶体的许多晶面。采用这种方法定向比解理法定向或光图像定向准确度高(可达到1分)。X射线定向优点非破坏性的，定向前不需对晶体进行研磨、腐蚀等处理，定向过程中不会损失较多的单晶材料。对晶体的大小形状也没有特殊要求。
3.2 X射线定向有两种方法
X射线定向有两种方法，一种是X光照相定向(或劳厄照相法定向)，一种是单色X射线衍射法定向。
X光照相法定向适合用于晶体取向完全未知的情况。它利用晶体对入射连续X射线的衍射而使乳胶感光，拍摄出晶体的劳厄照片，然后用格林仑格网将此照片上的斑点转换成极射赤面投影，再根据此投射图确定出晶体的取向。由于乳胶对衍射X光的感光较慢，而每次定向需进行1至2次照相，加上对底片的处理和分析，因此定向周期较长(1-3小时)。因
此照片底片上的感光斑点转换成极射赤面投影，并将各投影极点指标化的工作较为复杂，故操作麻烦，不易掌握。乌尔夫网的最小分格为1度或2度，因此此法测定的晶体转角度数的准确度大约只能达到0．5度到2度。目前这种定向方法多作为实验室研究用。
单色X射线衍射法是利用要求定向切割(hkl)晶面，对入射的特征X射线产生的衍射来实现晶体定向。在晶体取向大概已知，而要求准确地沿所需要晶面进行定向切割最为适用。对晶体取向未知的晶体，一般也能通过晶体对入射X射线的衍射线方位来迅速地判定其晶向，但需根据晶体的外形(生长的棱线和生长的面)特征尝试计数管的放置位置，再转动晶体以找到最强的衍射点位置。利用计数管和放大显示系统来检测衍射X射线的强度和方位。比劳厄照相法操作简单、易于掌握，而且定向周期也短。由于X射线定向仪有精度很高的测角装置(最小读数精度为30”)，其定向准确度可达到1分以上)。这种定向仪检测的晶向偏离不大的晶体较为适用。对于不同的晶体和不同的点阵平面，能用定向仪检测的晶向偏角是不同的。半导体晶体晶向偏离在10度之内可以检测到。
3.3砷化镓(100)晶面布拉格衍射角的计算
砷化镓晶体属于立方晶系中的闪锌矿结构，其晶格常数a=5．6534埃。立方晶系的d 值计算公式：
d=a／(h2+k2+12)1/2 (5—1)
表1锗、硅、砷化镓晶体的几个常用晶面对铜靶Ka辐射产生衍射的布拉格角
对(100)晶面，h=l，k=0，1=0。由于(100)晶面的h、k、1为异性数(h，k，1有两个奇数或两个偶数)。其结构因数F=0，按此数据计算出的衍射角位置没有衍射线发生。因此需采用与(100)晶面相平行、指数较高的晶面来计算方能获得较强的衍射。采用(400)晶面计算，此时h=4、k=0、1=0，则：
d=5．6534埃／(42+02+02)1/2
布拉格方程：sinθ=nλ／2d
对铜靶X光管其凡辐射的波长λ≈1．542埃，取第l级衍射，n=l，将d，n，入值代入布拉格方程：sinθ≈0．5453，θ（400）≈33°03’。用完全类似的方法可计算出锗、硅、砷化镓晶体的几个常用晶面对铜靶Ka辐射产生衍射的布拉格衍射角。如表1所示。
4 砷化镓籽晶加工
常规砷化镓晶体有<111>和<100>晶向的晶体。与晶体同晶向的籽晶加工，首先根据晶体头部的生长棱和生长面以及晶体侧面的生长面(参照图1，图2)，确定出原单晶为<111>或<100>晶向的单晶。把单晶侧面粘在石墨条，装在切片机上切下晶体的头尾，从头部先切小
片，分切片的正反面，利用单色X射线衍射法定向仪测试其晶向和偏离度，如果偏离度高于0.5°，向偏移相反的方向调节切片机载物台的水平和垂直角度，再切小片测试，直到偏离度小于0.5°。然后平行切下晶体的尾部。去除粘晶体的石墨条，在晶体滚圆机上加工圆柱体，分清晶体头尾，根据预先晶体的外形确定的主次参考面位置标识，在X定向仪上测量找出晶体的主次参考面的确切位置，在滚圆机上制作主次参考面。主次参考面的定向偏离度要求也应小于1°。<100>晶向的晶体的主次参考面制作参照图4图，参考面长度可以小于标准长度。<111>晶向的晶体的主次参考面制作参照图4图，主参考面位置制作在(-110)方向，次参考面位置制作在(2-1-1)方向。如果原<111>晶向的单晶的(111)面和(-1-1-1)面没有区分清楚，可以采用位错腐蚀法确定其Ga面和As面。位错图参照图5。然后粘住晶锭头部或尾部，平行于主次参考面，把晶体切成四方籽晶，四方为4×4mm、6X6mm、9×9mm见方不同尺寸。生长小尺寸砷化镓单晶选小籽晶，生长大单晶选用粗籽晶。多年实验总结的不同籽晶可以承重生长不同重量的晶体如表2所示。
表2 不同尺寸砷化镓籽晶的最大承重量
图4 (100)砷化镓晶片表面晶向和瞬时针晶片外形尺寸
(a)砷化镓(111)面的位错图样(b)砷化镓(-1-1-1)面的位错图样
图5 砷化镓(111)面和(-1-1-1)面的位错图
不同类晶向的籽晶加工，如图6所示<100>砷化镓晶片的晶向和主次参考面位置立体图，
砷化镓晶片的主次参考面是采用顺时针标准加工的，使晶体的轴向平行于主参考面(0 1-1)向(011)面斜15.79°就得到(511)面，然后再加工<5ll>籽晶。从<51l>晶体的轴向平行于主参考面(01-1)向(011)面再旋转19.47°就得到(211)面，再加工成<21l>耔晶。<21l>晶体的轴向平行于主参考面(01-1)向(011)面再旋转19.47°就得到(111)面。就可加工成<111>晶向的籽晶。
图5<100>砷化锿晶片的晶向与(511>、<211>、(111>晶片之间的夹角
5 籽晶的安装技术
砷化镓常用耔晶有<100>、<11l>、<21l>、<51l>晶向，首先根据所要生长单晶的重量选择相对应的籽晶(参照表2)。再设计与籽晶相应的秆晶加头。为了承受高温，制作籽晶夹头的材料一般选用钼或石墨。
砷化镓材料国内外现状及发展趋势
砷化镓材料国内外现状及发展趋势 中国电子科技集团公司第四十六研究所纪秀峰 1 引言 化合物半导体材料的研究可以追溯到上世纪初，最早报导的是1910年由Thiel等人研究的InP材料。1952年，德国科学家Welker首次把Ⅲ-Ⅴ族化合物作为一种新的半导体族来研究，并指出它们具有Ge、Si等元素半导体材料所不具备的优越特性。五十多年来，化合物半导体材料的研究取得了巨大进展，在微电子和光电子领域也得到了日益广泛的应用。 砷化镓（GaAs）材料是目前生产量最大、应用最广泛，因而也是最重要的化合物半导体材料，是仅次于硅的最重要的半导体材料。由于其优越的性能和能带结构，使砷化镓材料在微波器件和发光器件等方面具有很大发展潜力。目前砷化镓材料的先进生产技术仍掌握在日本、德国以及美国等国际大公司手中，与国外公司相比国内企业在砷化镓材料生产技术方面还有较大差距。 2 砷化镓材料的性质及用途 砷化镓是典型的直接跃迁型能带结构，导带极小值与价带极大值均处于布里渊区中心，即K=0处，这使其具有较高的电光转换效率，是制备光电器件的优良材料。 在300 K时，砷化镓材料禁带宽度为1.42 eV，远大于锗的0.67 eV和硅的1.12 eV，因此，砷化镓器件可以工作在较高的温度下和承受较大的功率。 砷化镓（GaAs）材料与传统的硅半导体材料相比，它具电子迁移率高、禁带宽度大、直接带隙、消耗功率低等特性，电子迁移率约为硅材料的5.7倍。因此，广泛应用于高频及无线通讯中制做IC器件。所制出的这种高频、高速、防辐射的高温器件，通常应用于无线通信、光纤通信、移动通信、GPS全球导航等领域。除在I C产品应用以外，砷化镓材料也可加入其它元素改变其能带结构使其产生光电效应，制成半导体发光器件，还可以制做砷化镓太阳能电池。 表1 砷化镓材料的主要用途
砷化镓
镓 镓在地壳中的含量不算太少，约占十万分之二，比锡还多。可是，提炼镓却比提炼锡困难得多，这是因为镓在大自然中很分散，没有形成集中的镓矿。平时，在某些煤灰、铁矿、锑铅矿、铜矿中，含有少量镓。 镓在常温下，看上去象一块锡，如果你想把它放在手心里，它马上就熔化了，成为银亮的小珠。原来镓的熔点很低，只有29．8℃。镓的熔点虽然很低，可是沸点却非常高，竟高达2070℃!人们就利用镓的这个特性来制造测量高温的温度计，人们常用这种温度计来测量反应炉、原子反应堆的温度。 镓具有较好的铸造特性，由于它“热缩冷胀”，被用来制造铅字合金，使字体清晰。在原子能工业中，用镓作为热传导介质，把反应堆中的热量传导出来。 镓与许多金属，如铋、铅、锡、镉，铟、铊等，生成熔点低于60℃的易熔合金。其中如含铟25％的镓铟合金(熔点16℃)，含锡8％的镓锡合金(熔点20℃)，可以用在电路熔断器和各种保险装置上，温度一高，它们就会自动熔化断开，起到安全保险的作用。 砷化镓 （gallium arsenide）化学式 GaAs。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。砷化镓可作半导体材料，性能比硅更优良。它的禁带宽度大，电子迁移率高，介电常数小，能引入深能级杂质，电子有效质量小，能带结
构特殊，具有双能谷导带，可以制备发光器件、半导体激光器、微波体效应器件、太阳能电池和高速集成电路等，广泛用于雷达、电子计算机、人造卫星、宇宙飞船等尖端技术中。 GaAs拥有一些比Si还要好的电子特性，如高的饱和电子速率及高的电子移动率，使得GaAs可以用在高于250 GHz的场合。如果等效的GaAs和Si元件同时都操作在高频时，GaAs会拥有较少的噪声。也因为GaAs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。因为这些特性，GaAs电路可以运用在移动电话、卫星通讯、微波点对点连线、雷达系统等地方。GaAs曾用来做成Gunn diode (中文翻做甘恩二极管或微波二极管，中国大陆地区叫做耿氏二极管) 以发射微波。 GaAs的的另一个优点：它是直接能隙的材料，所以可以用来发光。而Si是间接能隙的材料，只能发射非常微弱的光。(但是，最近的技术已经可以用Si做成LED和运用在雷射。) 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。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。 在半导体产业的发展中，一般将硅、锗称为第一代半导体材料；将砷化镓、磷化锢、磷化镓、砷化锢、砷化铝及其合金等称为第二代半导体材料；而将宽禁带(Eg>2.3eV)的氮化镓、碳化硅、硒化锌和金
砷化镓晶片表面损伤层分析 - 中国科学院半导体研究所机构
稀有金属 CHINEXE JOURNAL OF RARE METALS 1999年7月 第23卷 第4期 vol.23 No.4 1999 砷化镓晶片表面损伤层分析 郑红军 卜俊鹏 曹福年 白玉柯 吴让元 惠 峰 何宏家 摘 要： 采用TEM观测与X射线双晶回摆曲线检测化学腐蚀逐层剥离深度相结合的方法，分析了SI-GaAs晶片由切、磨、抛加工所引入的损伤层深度。比较两种方法测量结果上的差异，得出了TEM观测到的只是晶片损伤层厚度，而X射线双晶回摆曲线检测化学腐蚀逐层剥离所得的深度是晶片损伤层及其形成应力区的总厚度的结论。 关键词： 砷化镓 切片 磨片 抛光片 表面损伤层 Analyses of Surface Damage in SI-GaAs Wafers Zheng Hongjun, Bu Junpeng, Cao Funian, Bai Yuke, Wu Rangyuan, Hui Feng and He Hongjia (Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China) Abstract： The surface damage Layer in the SI-GaAs wafer induced by cutting, grining and polishing was analyzed by means of transmission electron microscopy and X-ray rocking curve measurements after the wafer was chemically etched. A method for determining the depth of surface damage layer of SI-GaAs wafer according to the quantitative difference in the results obtained by the two methods is proposed. Key Words: SI-GaAs, Cutting wafer, Grinding wafer, Polishing wafer, Surface damage 许多重要的砷化镓器件及砷化镓高速数字电路、微波单片电路均在砷化镓晶片表面制造， 集成度越高，对表面的要求越严格。所以，材料表面加工的质量直接影响着器件的性能、成品率及寿命等。 半导体材料表面因切、磨、抛加工而引入的损伤层深度一直是人们深入研究的工作。加工后的晶片表面损伤层可能是由非晶层、多晶层、嵌镶块层和弹性畸变层等构成的多层结构［1］。 测定这些表面损伤层厚度的通常方法有恒定化学腐蚀速率法［2，3］、椭圆偏振仪［4］、透射电子显微镜［5］、光背散射［6］以及Knudsen［7］提出的X射线双晶摆动曲线观测腐蚀剥层晶片表面损伤层法。但这些方法都有一定的局限性。本文采用X射线双晶回摆曲线检测化学腐蚀逐层剥离损伤层深度与TEM观测相结合的方法，定量地分析了材料加工过程中 (切、磨、抛) 引入的损伤层深度。根据两种测量结果的差异，得出了TEM观测到的只是晶片损伤层厚度，而X射线双晶回摆曲线检测化学腐蚀逐层剥离损伤层深度是晶片损伤层及其形成应力层的总厚度的结论。
砷化镓晶体定向及籽晶加工制造
砷化镓晶体定向、籽晶加工和安装技术一个理想的籽晶，应是同一材料的无缺陷或很少缺陷的有一定取向单晶制成。籽晶可以是圆柱，也可是方形。直径不宜太粗。籽晶必须具有确定的晶向，生长的砷化镓晶体一般有<11l>、<100>、<21l>、<511>等晶向。籽晶加工分同类晶向的籽晶加工和不同类晶向的籽晶加工。为了得到晶向精度较高的籽晶，必须对加工籽晶的晶体进行定向。以下介绍几种定向方法。 1 解理法定向 晶体的解理，就是当晶体受到定向机械应力的作用时，可以平行一个或几个平整的面分裂开的性质。这些分裂的平整平面称为解理面。晶体的解理面形成机理分为三类：(1)晶体在各方向上键结合的方式是否有很大差异，键合较微弱的晶面必然是解理面。(2)如果晶体中各个方向上键合的方式相同，相邻晶面间键密度的大小，键密度小的必然是解理面。(3)对于带有离子键的晶体，晶面间的作用，键密度的大小不是唯一的因素，而还应考虑相邻晶面间的静电作用。 在砷化镓晶体中，(111)晶面(又称为A面)全部是由Ⅲ族镓原子组成，(-1-1-1)晶面(又称B面)全部由V族砷原子组成，而(111)面与(-1-1-1)面在晶体中是交替排列的。砷化镓晶体中的镓原子和砷原子都处于极化状态，即镓原子带负电，砷原子带正电。因此在(111)晶面与(-1-1-1)晶面之间存在静电引力作用，外来的机械作用力不易把它们分裂开。而在每个(110)晶面间上都有相同数目的镓原子和砷原子，所以(110)晶面间不存在静电引力。同时因(110)晶面间单位面积上作用的键数仅比(111)晶面多，而比其它晶面都少，所以(110)晶面在外来机械作用力的作用下极易分裂开，成为极完整的解理面。 单晶体有一种独特的性质各向异性，在晶体生长也表现出这种性质，一般晶体生长时，都优先在原子排列最密集的晶面上生长的倾向。对砷化镓晶体，原子排列最密集的晶面是（111)晶面。镓、砷原子在（111)面上按六角密堆进行排列。晶体生长时，在原子稠密的平面上进行横向扩展，要比垂直此平面产生新的核而生长要迅速。砷化镓晶体属极性晶体，因此极性也影响着砷化镓单晶的生长。埃利斯(E11is)实验证明，直拉砷化镓单晶时，生长速度最慢的面是砷面[(-1-1-1)晶面]，而镓面[(111)晶面]的生长速度较砷面快。 解理插针法定向能可靠地对砷化锿单晶的(100)、(111)和(110)晶面进行定向。此法所用设备简单。定向时间短，但定向偏离度在3～5°。此法不适合籽晶加工定向，也不适合工厂生产。解理法测角定向较为广泛使用．可以获得准确的晶体取向和晶体取向的偏移数值。 2 图像法定向
砷化镓材料发展和市场前景
砷化镓是Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体中最重要、用途最广的半导体材料。它是由两种元素组成的化合物，和单元素的硅、锗半导体材料有很多不同点，其中适于制造高频、高速和发光器件是它的最大特征。此外，GaAs材料还具有耐热、耐辐射及对磁场敏感等特性。所以，用该材料制造的器件也具有特殊用途和多样性，其应用已延伸到硅、锗器件所不能达到的领域。即使在1998年世界半导体产业不景气的状况下，GaAs材料器件的销售市场仍然看好［1］。当然，GaAs材料也存在一些不利因素，如：材料熔点蒸气压高、组分难控制、单晶生长速度慢、材料机械强度弱、完整性差及价格昂贵等，这都大大影响了其应用程度。然而，GaAs材料所具有的独特性能及其在军事、民用和产业等领域的广泛用途，都极大地引起各国的高度重视，并投入大量资金进行开发和研究。本文对发达国家GaAs材料器件的发展动态、产销情况和世界市场前景进行综述。希望从中能得到一些有益的启示。 1 GaAs材料应用民用化 GaAs材料的电子迁移率比硅高约5倍，其器件的运算速度也比硅高得多。数字GaAsLSI用于开发超高速计算机是很理想的器件。在七八十年代，人们纷纷预测GaAs材料将在超高速计算机中发挥极大作用，并投入相当的财力、人力进行研究。但自从开发出硅材料的互补型金属氧化物半导体集成电路(CMOS)，由于其工作电压较低、功耗较低、速度较高、价格便宜，致使GaAsIC开发超高速计算机暂时放慢了速度。 随着冷战的结束，很多军用技术研究将转入民用开发。当今，科学的高速发展，技术的频繁交流及商务的往来，极需迅速传送及处理情报信息。如何满足如此专用和大量的情报高速传递?首先需要将信号作高频化和数字化处理，为此要求半导体器件满足高频、高速、低噪声、低工作电压。这正是GaAs材料器件自身所具备的独特性能。所以用GaAs材料制作的电子器件如：金属半导体场效应晶体管(MESFET)、高迁移率晶体管(HEMT)、微波单片集成电路(MMIC)、异质结双极晶体管(HBT)等在移动通讯、光纤通讯、卫星广播、情报处理及汽车防碰撞系统等领域发挥着硅器件不能替代的作用，这大大推动了半绝缘GaAs材料的发展。 在光电器件方面：由于体积小、节能、响应快、寿命长，广泛用于家电、办公设备、广告牌、交通信号灯、汽车尾灯等的可见光发光二极管(LED)，用于作摇控器、光隔离器、编码器及个人电脑、办公设备的无线连接、近距离情报传送的红外发光二极管，以及广泛用于CD、MD、DVD 及医疗、工业等领域的激光器(LD)及卫星通讯用的太阳电池，其应用都是面向民用和产业，这都将极大推动掺杂导电型GaAs材料的发展。表1列出了GaAs材料器件的分类和用途［2～4］。 表1 砷化镓材料器件的种类和用途
年产1000万片砷化镓晶片项目可行性研究报告
年产1000万片砷化镓晶片项目 可行性研究报告 第一章砷化镓晶片项目总论 第二章砷化镓晶片项目建设背景及必要性 第三章砷化镓晶片报告编写说明 第四章砷化镓晶片建设规模及产品方案 第五章砷化镓晶片项目节能分析 第六章砷化镓晶片环境保护 第七章砷化镓晶片项目进度规划 第八章砷化镓晶片投资估算与资金筹措 第九章砷化镓晶片经济效益分析 第十章砷化镓晶片项目评价
第一章项目总论 一、项目提出理由 目前，由于经济增速放缓，总体需求不足，我国钢铁、水泥、电解铝、平板玻璃等原材料工业仍存在严重产能过剩，我国在2016年将持续进行经济结构转型政策，将对原材料工业的需求进一步带来不利影响，在当前很多传统行业仍在低效运行的情况下，给企业在明年转型升级带来巨大压力，化解产能过剩仍然成为传统原材料工业发展的重点任务。2015年，钢铁行业处于全行业亏损状态，10月钢铁行业PMI指数仅为42.20%，尤其是国有及控股企业亏损严重并仍在恶化。2015年5月，工信部发布印发了《部分产能严重过剩行业产能置换实施办法的通知》，以遏制产能严重过剩行业盲目扩张，深入推进化解产能过剩工作并取得了一定成效，水泥、平板玻璃、钢铁等行业固定资产投资增速处于不断放缓的态势。 面对企业发展条件、发展环境的变化，面对激烈的国际竞争，面对第三次工业革命的浪潮，面对中国制造业发展过程中遇到的效率下降、核心技术缺乏、产能过剩等诸多问题，我们的企业必须进行转型升级，实施中国制造2025。二、项目基本情况 （一）项目名称 年产1000万片砷化镓晶片项目 （二）项目选址
xxx临港经济开发区 常州，是江苏省地级市，地处长江之南、太湖之滨，处于长江三角洲中心地带，是长江三角洲地区中心城市之一、先进制造业基地和文化旅游名城，江苏长江经济带重要组成部分。与苏州、无锡联袂成片，构成苏锡常都市圈。常州是一座有3200多年左右历史的历史文化名城，曾有过延陵、毗陵、毗坛、晋陵、南兰陵、长春、尝州、武进等名称，隋文帝开皇九年（589年）始有常州之称。于1949年设市。截至2015年，常州辖天宁区、钟楼区、新北区、武进区、金坛区五个行政区和一个县级市溧阳市，21个街道办事处、37个镇、807个行政村、323个居委会，总面积4385平方公里。常州是长江文明和吴文化的发源地之一，也是南朝齐梁故里，被称为“中吴要辅”。常州境内风景名胜、历史古迹较多，有中华恐龙园、嬉戏谷、春秋淹城等主题公园和天目湖、南山、太湖湾、滆湖等自然风景区。常州人属江浙民系，使用吴语。常州有季札、展昭、陈济、吴稚晖、瞿秋白、张太雷、恽代英、赵元任等历史名人，主要特产有萝卜干、大麻糕、芝麻糖、溧阳风鹅、野山笋等。 （三）项目承办单位 某某投资公司 公司自成立以来，坚持“品牌化、规模化、专业化”的发展道路。以人为本，强调服务，一直秉承“追求客户最大满意度”的原则。多年来公司坚持不懈推进战略转型和管理变革，实现了企业持续、健康、快速发展。未来我司将继续以“客户第一，质量第一，信誉第一”为原则，在产品质量上精益求精，追求完美，对
砷化镓材料
砷化镓材料 1 引言 化合物半导体材料的研究可以追溯到上世纪初，最早报导的是1910年由Thiel等人研究的InP材料。1952年，德国科学家Welker首次把Ⅲ-Ⅴ族化合物作为一种新的半导体族来研究，并指出它们具有Ge、Si等元素半导体材料所不具备的优越特性。五十多年来，化合物半导体材料的研究取得了巨大进展，在微电子和光电子领域也得到了日益广泛的应用。 砷化镓（GaAs）材料是目前生产量最大、应用最广泛，因而也是最重要的化合物半导体材料，是仅次于硅的最重要的半导体材料。由于其优越的性能和能带结构，使砷化镓材料在微波器件和发光器件等方面具有很大发展潜力。目前砷化镓材料的先进生产技术仍掌握在日本、德国以及美国等国际大公司手中，与国外公司相比国内企业在砷化镓材料生产技术方面还有较大差距。 2 砷化镓材料的性质及用途 砷化镓是典型的直接跃迁型能带结构，导带极小值与价带极大值均处于布里渊区中心，即K=0处，这使其具有较高的电光转换效率，是制备光电器件的优良材料。 在300 K时，砷化镓材料禁带宽度为1.42 eV，远大于锗的0.67 eV和硅的1.12 eV，因此，砷化镓器件可以工作在较高的温度下和承受较大的功率。 砷化镓（GaAs）材料与传统的硅半导体材料相比，它具电子迁移率高、禁带宽度大、直接带隙、消耗功率低等特性，电子迁移率约为硅材料的5.7倍。因此，广泛应用于高频及无线通讯中制做IC器件。所制出的这种高频、高速、防辐射的高温器件，通常应用于无线通信、光纤通信、移动通信、GPS全球导航等领域。除在I C产品应用以外，砷化镓材料也可加入其它元素改变其能带结构使其产生光电效应，制成半导体发光器件，还可以制做砷化镓太阳能电池。 表1 砷化镓材料的主要用途
砷化镓封装注意事项
砷化镓晶圆和芯片的包装盒和操作 简介多数情况下，砷化镓电路是用与硅电路相同的设备和技术制造和操作的。在操作和包装砷化镓芯片的时候，只有少数重要的不同需要注意。本应用手册包含对于晶圆和芯片操作，后道工艺和封装的重要信息。主要方面如下： 晶圆有在边缘周围有应该排除的区域（第一节） 砷化镓比硅片易碎，我们为运输容器（第二节，第三节）和切割框架（第四节）提供了指引。 多数 Triquint IC 技术都是生产平坦的表面芯片。但是，特定的应用需要空气桥金属技术。空气桥容易被损伤。第五节包含了空气桥芯片操作指引，用于空气桥芯片的拾取工具不允许触碰芯片表面，特别是在芯片拾取和芯片安放等操作的时候。用于硅芯片的标准拾取工具是用于非空气桥芯片的。 与众多硅电路相同，砷化镓芯片也是静电敏感器件，应该接地操作。 砷化镓不应有高温工艺。因为芯片温度不能超过320C，所以焊接放置芯片（第十一节） 和封盖（第十三节）操作时应特别注意。 砷化镓包含砷元素，是作为有毒材料对待的。报废产品应该放置于合适的容器中（第十五节）。 第十四节包含对在封装件内部的芯片底部接触放置的指引。 6-9 节包含对晶圆减薄，晶圆背部金属化，晶圆粘片带和划片的工艺指引。第 10-13 节包含芯片拾取，放置，引线压焊和密封。 本手册包含的建议不能保证在本手册中提及的工艺的适应性。我们建议你联系你的代工厂以获取最新的信息。 1、芯片边缘的额外区域 在晶圆外围的4mm宽度的区域是不保证的。芯片挑选的电测试应该不包括此区域。这个区域是被特定工艺步骤的工具屏蔽的，并且也受到了工艺设备的机械损伤。 晶圆缺口方向有 8.4m m的平面区域。芯片在此区域也是不保证的。下图表示了这些应该排除的区域。
LEC砷化镓单晶的晶体缺陷研究
LEC砷化镓单晶的晶体缺陷研究 摘要本文从LEC砷化镓单晶的生产原理出发，归纳了LEC砷化镓 单晶中常见的晶体缺陷，并对这些缺陷的形貌进行了阐述。在此基础 上，对不同种类缺陷的形成机理做了简要的分析。最后，提出了减少 砷化镓中晶体缺陷的研究方向。 关键词砷化镓晶体缺陷 1.引言 砷化镓作为目前最重要、最成熟的化合物半导体材料之一，已经被广泛应用于光电子和微电子领域。其年单晶产量早在2000年就已突破100t，2004年超过200t，预计近几年可能达到近千吨。2001年北京有色金属研究总院成功研制出国内第一根直径4英寸VCZ半绝缘砷化镓单晶，使我国成为继日本、德国之后第三个掌握此项技术的国家。而随着砷化镓微电子产业的发展，人们在对砷化镓单晶追求大直径的同时，也对其晶体结构的完整性与均匀性提出了更高的要求。为了研究砷化镓单晶中的晶体缺陷的形成，我们先从砷化镓单晶的生产开始说起。2．砷化镓的生产——液封切克劳斯基LEC单晶生长方法目前，砷化镓单晶的生长方法有：水平布里奇曼HB单晶生长方法、垂直布里奇曼VB单晶生长方法、液封切克劳斯基LEC单晶生长方法、蒸汽压控制切克劳斯基VCZ单晶生长方法等几种方法。其中，LEC法仍是目前生产大尺寸砷化镓晶体的主要方法。 LEC液封直拉法使用透明、惰性氧化硼层浮于砷化镓熔体表面上起液封作用，并且使氧化硼上部的气压大于熔体挥发性元素的离解气压，以防止挥发性组元的离解挥发。其具体操作如下：
高压单晶炉坩埚中装入原材料镓、砷、氧化硼，密封炉体。抽真空充气0.5MPa ，升温450～550°C ，恒温lh 。从观察窗观察氧化硼完全熔化，覆盖了镓和砷，炉体增压到3.0MPa 以上，快速升温，当温度达到800～1000℃范围内某一个温度值，炉体内压力大于6.0MPa ，固态砷变成液态砷，与液态镓快速化合反应生成砷化镓多晶。升温使合成的多晶熔化后，下降籽晶进行晶体生长。也可以装预先装合成砷化镓多晶料进行单晶生长。[1] 总的来说LEC 法身产的砷化镓晶体，具有成晶情况可控、晶体尺寸大、碳含量可控、轴向电阻率不均匀控制好等优点。但这种方法生产出来的晶体位错率高，晶体缺陷比较多。因此，我们需要就其缺陷问题展开更深入的研究。 3．砷化镓晶体缺陷的显示方法 到现在为止，用来显示与检测砷化镓晶体缺陷的方法有多种。目前应用较多的是由Grabmaier 和Watson 提出的熔融KOH 腐蚀法，以及由Abrahams 和Buiochi 提出的AB 腐蚀法。其中熔融KOH 腐蚀法是我国现行的国家标准。1992 年由陈诺夫博士在AB 腐蚀法基础上加超声波，称为超声AB 腐蚀法。但至今未得到广泛应用。 熔融KOH 腐蚀法：将KOH 置于铂坩埚内，升温到400～450℃，然后将抛 图1 单加热器砷化镓单晶炉体结构剖面圈
无机半导体材料GaAs的结构、制备及应用
无机半导体材料GaAs的结构、制备及应用 姓名：陈建春 年级：2008级应用物理（1） 学号：20084113 天津理工大学理学院 摘要：20世纪50年代，半导体器件的生产主要采用锗单晶材料，到了60年代， 由于硅单晶材料的性能远远超过锗，因而半导体硅得到了广泛的应用，在半导体材料中硅已经占据主导地位。大规模集成电路的制造都是以硅单晶材料为主的，Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体如砷化镓、磷化镓、锑化铟等也越来越受到人们的重视，特别是砷化镓具有硅、锗所不具备的能在高温度频下工作的优良特性，它还有更大的禁带宽度和电子迁移率，适合于制造微波体效应器件、高效红外发光二极管和半导体激光器，因而砷化镓是一种很有发展前途的半导体材料。随着大规模集成电路制造工艺水平的提高，半导体化学的研究领域和对象也将不断地扩展。砷化镓(GaAs)是Ⅲ-Ⅴ组化合物半导体中最重要、用途最广的半导体材料。 关键词：GaAs 结构性质制备应用 1. 引言 化合物半导体材料砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP)是微电子和光电子的基础材料,而GaAs则是化合物半导体中最重要、用途最广泛的半导体材料,也是目前研究得最成熟、生产量大的化合物半导体材料。由于GaAs具有电子迁移率高、禁带宽度大且为直接带隙,容易制成半绝缘材料、本征载流子浓度低、光电特性好、以及具有耐热、抗辐射性能好和对磁场敏感等优良特性。用GaAs材料制作的器件频率响应好、速度快、工作温度高,能满足集成光电子的需要。它是目前最重要的光电子材料,也是继硅材料之后最重要的微电子材料,它适合于制造高频、高速的器件和电路。 2. 基本结构原理[1] GaAs是一种无机非线性光学材料，它的导带极小值位于k=0处，等能面是球形等能面。导带底电子有效质量是各向同性的。m e*=0.068m0。由于这一导带底对应的能量水平较低，故相应的极值能谷称为下能谷。与此同时，在[100]方向还存在另一极小值，能量比k=0的极小值高0.36eV。由于它的能带曲率小，故对应的电子有效质量大，m e*=1.2m0，该导带的底部能量水平高，故称为上能谷。GaAs的价带极值位于k=0处，而且也有两支在k=0重合。有一支重空穴，一支轻空穴。重空穴所在能带，空穴有效质量为(m p)h=0.45m0；轻空穴所在能带，空穴有效质量为(m p)l=0.082m0。 GaAs的能带结构有下述特点： ①GaAs导带极小值k=0处，价带极大值也在k=0处，为直接带隙型。 对GaAs来说，Eg=1.34eV, 因此GaAs中电子跃迁产生或吸收的光子波长λ=9×
砷化镓供应生产厂家
砷化镓材料国内外市场供应现状及主要需求 1 国内外砷化镓材料发展现状 半绝缘砷化镓材料主要用于高频通信器件，受到近年民用无线通信市场尤其是手机市场的拉动，半绝缘砷化镓材料的市场规模也出现了快速增长的局面。2003～2008年，半绝缘砷化镓市场需求增长了54%。目前微电子用砷化镓晶片市场主要掌握在日本住友电工（Sumitomo Electric）、费里伯格（Freiberger Compound Materials ）、日立电线（Hitachi Cable）和美国AXT等四家大公司手中。主要以生产4、6英寸砷化镓材料为主。费里伯格公司供应LEC法生长的3、4、6英寸半绝缘砷化镓衬底，供应VGF法生长的4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。住友供应VB法生长的4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。日立电线供应LEC法生长的2、3、4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。AXT供应VGF法生长的2、3、4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。 表1 国际砷化镓材料主要生产厂商
目前中国的砷化镓材料生产企业主要以LED用低阻砷化镓晶片为代表的低端市场为主，利润率较高的微电子用4～6英寸半绝缘晶片还没有形成产业规模。中国大陆从事砷化镓材料研发与生产的公司主要有：北京通美晶体技术有限公司（AXT）、中科晶电信息材料（北京）有限公司、天津晶明电子材料有限责任公司（中电集团46研究所）、北京中科镓英半导体有限公司、北京国瑞电子材料有限责任公司、扬州中显机械有限公司、山东远东高科技材料有限公司、大庆佳昌科技有限公司、新乡神舟晶体科技发展有限公司（原国营542厂）等九家。 北京通美是美国AXT独资子公司，其资金、管理和技术实力在国内砷化镓材料行业首屈一指，产品主要以VGF法4、6英寸半绝缘砷化镓材料为主。其在高纯镓、高纯砷、高纯锗以及氮化硼坩埚等方面均有投资，有效地控制了公司成本，2009年销售收入8 000万美元，短期内国内其它各公司还难以和北京通美形成真正的竞争。 中科晶电成立于2006年，主要从事VGF砷化镓单晶生长和抛光片生产，该公司为民营企业，总投资为2 500万美元，在高纯砷和高纯镓方面也已投资建厂。2009年月产2英寸砷化镓晶片10万片，2010年月产达到15万片。该公司是目前国内发展速度最快的砷化镓企业。 天津晶明公司成立于2007年，由中国电子科技集团公司第四十六研究所投资，注册资本1400万元，总投入约5 000万元。主要产品为2英寸LED用VB法低阻砷化镓晶体及抛光片，兼顾少量3~4英寸半绝缘砷化镓单晶材料。目前拥用LEC单晶炉4台，VB单晶炉60台，已建成一条完整的单晶生长及抛光片加工生产线，目前月产约为3万片。 中科镓英公司成立于2001年，晶体生长只有两台LEC单晶炉，目前主要在国内购买HB或VGF砷化镓单晶进行抛光片加工，销售对象主要是国内的LED外延企业，月产约2~3万片。 北京国瑞公司和扬州中显公司主要生产2～2.5英寸HB砷化镓单晶，山东远东公司主要生产2英寸LEC（或称LEVB）砷化镓单晶，这三家公司的产品主要针对LED市场，其单晶质量、成品率以及整体经营状况都很稳定。这三家公司目前都没有晶片加工工序，只能将单晶卖给其它公司进行加工。 大庆佳昌原主要从事LEC砷化镓单晶生长，曾生长出8英寸LEC砷化镓单晶样品。2009年争取到政府立项投资1.3亿元，转向以VGF工艺生产LED用低阻砷化镓材料，目前已完成厂房建设和小试生产，其产品定位主要在4英寸市场。
关于半导体材料硅和砷化镓的钎焊
关于半导体材料硅和砷化镓的钎焊 半导体材料种类繁多，但除硅与砷化镓外，工业上利用钎焊技术进行链接的并不多。再者，半导体材料的特性与所含杂质的成分和数量有关。两种材料之间必须保证是欧姆接触。为了保证材料的性质不变，在钎焊过程中，钎焊温度必须低于母材的最高工作温度。钎焊方法分两种：一种为普通软钎焊，即用钎料片放置于半导体材料和管壳或引线之间进行钎焊；另一种为共晶钎焊，即在半导体材料上覆盖多层金属膜，升温过程中金属膜之间互相扩散成共晶成分，当温度达到共晶熔化温度时，金属膜融化使半导体材料与管壳等连到一起。半导体材料的钎焊一般都在保护气氛中进行。钎焊温度通常不超过450℃。 半导体材料是电阻率介于导体（主要是金属）和非导体（电介质）之间的一类物质。它们的点阻力介于10-4~109Ω·cm之间。 半导体材料的应用特性极大地依赖于其中所含的微量杂质。若半导体材料中的杂质含量从10-9变到10-2，则它的电导率会变化数百万倍。半导体材料的另一个特征是，它传导电流时不仅依靠电荷——电子，而且依靠在数量上与电子相等的正电荷——空穴。电子导电性称为n型导电性，空穴导电性称为p型导电性。 具有半导体性质的材料种类繁多，按化学成分可分成六类。 1.元素半导体材料。元素半导体材料有硼（B）、碳（C）、硅（Si）、锗（Ge）、锡（Sn）、磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、硫（S）、硒（Se）、碲（Te）和碘（I）等十二种元素。硅、锗、硒是常用元素半导体材料。 硒是最早使用的元素半导体材料，主要用于制造硒整流器，硒光电池和静电复印半导体。 锗是一种稀有元素，是工业上最先实用化的半导体材料，由于在地壳中含量极少，大约为百万分之二，而且极为分散，因此料源十分贫乏。锗的禁带宽度（0.67eV）比硅的宽度（1.08eV）小，因而锗器件的最高工作温度（≈100℃）较硅器件（≈250℃）低；锗的电阻率范围较硅小三个数量级；用于制造器件的品种少，不宜制作高反向耐压的大功率器件。因此在半导体器件的应用上大部分已被硅代替。 硅是一种性能优越、资源丰富、工艺成熟和应用广泛的元素半导体材料。从20世纪60年代开始称为主要半导体材料。主要用于制造集成电路、晶体管、二极管、整流元件、光电池、粒子探测器等。 2.二元化合物半导体材料。这类材料包括Ⅲ-Ⅴ族、Ⅱ-Ⅵ族、Ⅳ-Ⅳ族、Ⅴ-Ⅳ族、Ⅴ-Ⅴ族、Ⅴ-Ⅵ族等化合物 Ⅲ-Ⅴ族化合物有氮化镓（GaN）、磷化镓（GaP）、砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）等； Ⅱ-Ⅵ族化合物有硫化镉（CdS）、硫化锌（ZnS）等；Ⅳ-Ⅳ族化合物有碳化硅（SiC）等； Ⅴ-Ⅳ族化合物如硒化铋（Bi2Se3）、Ⅴ-Ⅴ族化合物如锑化铋（BiSb）、Ⅴ-Ⅵ族化合物如碲化锑等。 在二元化合物半导体中，研究最多应用最广的是砷化镓。它的禁带宽度比锗、硅都大，所以最高工作温度可达450℃；并且它的电子迁移率高，是高温、高频、抗辐射、低噪音器件的良好材料。砷化镓的能带具有双能谷结构，适合于制作体效应器件。砷化镓也是制作高效率激光器和红外线光源的良好材料，砷化镓还广泛用于制作其他微波器件，用砷化镓还可以制得高速集成电路。 3.固溶体半导体材料。此种材料是指两种或两种以上的元素或化合物溶合而成的材料。目前应用较多的是Ⅲ-Ⅴ族化合物或Ⅱ-Ⅵ族化合物组成的固溶体。前者有镓砷磷（CaAs、1-xPx）、镓铝砷（Ca、1-xAl x As）和铟镓磷（In、1-xGaxP）等；后者有碲镉汞（Hg、1-xCd x Te）
[doc] 砷化镓与硅半导体制造工艺的差异分析
砷化镓与硅半导体制造工艺的差异分析 TREND盎j一～00 趋势扫 2003/9 廿田 趋势扫描 (error)情形,因此所制造出来的产品可靠性相对 提高,其稳定性并可解决卫星通讯时暴露于太空 中所招致的辐射问题. 目前砷化镓在通讯IC应用中以手机的应用所 占比率最高,手机内部结构主要可分为基带 (BASEBAND),中频()及射频(RF).高频 通讯信号自天线接收后,首先经过射频电路处理, 射频电路主要器件包含功率放大器(PA),低噪声 放大器(LNA),双工(Diplexer,Duplexer),TR Switch,声波表面滤波器(SawFilter)等,因为需 直接接触高频信号,这也是移动电话结构中砷化 镓最能着墨的地方.但近来因硅的RFCMOS技术 成熟介入,而使得砷化镓在射频比例逐渐下降,但
在PA的应用上仍是以砷化镓为主要制造材料. 近年来由于无线通讯迅速的发展,许多中国 台湾地区厂商相继投入Ⅲ一V族半导体砷化镓产业, 基于中国台湾地区过去在硅IC制造工艺成功的经验,业者莫不希望能继硅半导体后,砷化镓IC产 业能成为中国台湾地区另一波IC制造业的高峰, 此乃因为二者同为IC产业,在工艺技术方面,有 些硅制造工艺的技术及设备可以直接转移到砷化镓制造工艺上,而中国台湾地区在硅IC产业制造工 艺上已有雄厚的基础.虽是如此,但是由于材料不 同的关系,导致磊晶成长方式,黄光,蚀刻,金属 化制造工艺以及后段背面处理等工艺技术,皆不尽 相同,参考表1,因此以下即以砷化镓制造工艺与 硅制造工艺的技术面差异进行比较,并就中国台湾 地区砷化镓产业的发展进行市场面的分析与探讨. 砷化镶与硅半导体制造工艺差异分析 由于材料不同的关系,砷化镓与硅半导体制 造的工艺技术并不相同.在器件方面,硅1{2器件 绝大部分是金属氧化半导体(MOS)器件,因为 硅最大的优势可以成长出品质良好的氧化层结构, 利用这层氧化层制造出目前我们最常用的MOS晶体管.而砷化镓虽然无法成长出良好的氧化层结
第二代半导体晶体砷化镓晶体
第二代半导体晶体——磷化镓单晶 砷化钾单晶是目前技术最成熟、应用最广泛的最主要的半导体材料之一。广泛用于光电子和微电子领域。在Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体晶体中，砷化镓的电子迁移率比硅大4～5倍，用其制作集成电路时，工作速率比硅更快，且禁带宽度也较宽，因此它的热稳定性和耐辐射性也较好。砷化镓是直接跃迁型能带结构，它的发光效率较高，并可用来制作激光器。 1.生长方法 1.2 直拉法 (1)生长装置 直拉法生长装置如图11-2所示。 (a)磁拉法装置(b)镓封法示意 图11-2 晶体直拉法生长装置示意 1-石墨坩埚；2，9-射频线圈；3，8-辅助熔炉；4-磁铁；5-高居里点合金； 6-封闭的Si02容器；7-用于密封的液态镓 (2)生长过程与条件 在GaAs晶体生长的过程中，应始终保持一定的蒸汽压力。 坩埚中放人合成的GaAs多晶锭料，在低温端放砷，并保持610℃，在容器中保持压力为9.1×l04 Pa的砷蒸气。磁拉法的磁铁也是处在610℃的温度下，因此在反应器内的磁性材料必须是高居里点温度的合金，用纯铁也可以。外部磁铁可用电磁铁或固定磁铁。 镓封法是因为温度在610℃时镓中溶入的As量很少，也不会结晶并且镓液的蒸气压也很低可以用来拉制GaAs单晶。 1.2.1.2液体覆盖直拉法(LEC)
用LEC法拉制GaAs单晶，可以像Si 一样将GaAs多晶料放在坩埚中，上面放一定量经脱水的B203，加热后拉制GaAs单晶，炉内气氛为Ar或N2，气压为(1.5～2)×105Pa。这种方法所用的多晶料仍需在石英管内合成。为了降低单晶的成本可用原位合成，即在单品炉内合成GaAs并拉制单晶。原位合成还可分为两种：一种称为注入法；另一种为高压原位合成法。注入法是将除去氧化膜的Ga和脱去水分的B203装于坩埚，单晶炉内充入N2或Ar，使其气压为(1.5～2)×105Pa再加热到1237℃，将细颈的装As的石英管插入Ga液中，使As管和Ga管连通，加热As管（也可利用单晶炉的辐照热），使As蒸气通入Ga合成GaAs熔体，合成过程要保持气压和温度稳定，防止熔体吸人As管，使其结晶并堵塞As蒸气出口引起As 管爆炸。待As全部溶人Ga液完成GaAs的合成，即可拉制单晶。 1.2.1.3 GaAs液相外延生长(LPE-GaAs)法 LPE-GaAs生长是基于Ga-As体系的相图，在一定温度下已经饱和的溶液随着温度下降产生过饱和结晶。在饱和溶液中放人GaAs单晶片作为衬底，当达到过饱和结晶时以单晶的方式沉积在GaAs衬底上，这种晶体生长的方式称为液相外延。这里的溶液是Ga，溶质是As，为了控制导电类型和载流子浓度也可掺入一定量的杂质。液相外延生长的温度低，可以获得纯度较高、缺陷较少的GaAs。用液相外延生长的薄膜广泛地用于光电子器件上，这是由于无辐照复合较少，兆量子效率也较高。这种方法是目前制作红外发光管、p-n结注入式的半导体激光器以及大面积GaAs太阳能电池等光电器件的主要手段。 1.2.1.4 GaAs晶体气相外延生长(VPE-GaAs)法 (1)生长装置 GaAs晶体气相外延生长法生长装置如图11-3所示。 图11-3 GaAs晶体气相外延生长装置示意 1-流量计；2-反应管；3-衬底；4-镓舟；5，6-加热炉；7-恒温器 (2)生长过程 Ga在H2气氛下脱氧(870℃)，将温度控制在850℃，通人AsCl3，使Ga源饱和，也可采用在Ga液中放入GaAs。在不通AsCl3的情况下，将GaAs衬底移到高温区，当温度达到800℃时处理10～15min，随后将衬底温度降至750℃，进行气相外延生长。在Ga-AsCI3 -H2系中，除了生长GaAs的反应以外还与石英器皿反应引起硅沾污。载气换成N2或Ar，可避免生成HC1，可以避免硅沾污，提高GaAs外延层的纯度。 (3)生长条件 典型生长条件：Ga源温度为816℃，衬底温度为640～760℃，沉积区温度梯度为8.5℃/cm，通过鼓泡瓶的N2或Ar为70～120mL/min，衬底取向(100)偏(110)6°。利用Ga-AsCl3 -N2或Ga-AsCl3 -Ar系已生长出电学参数n77≈1013～1014 cm-3、μ77=(1.7×2.2)×105 cm-3／(V．s)
半导体砷化镓材料的分析
砷化镓材料分析 摘要：本文主要介绍半导体材料GaAs的性质、用途、制备工艺及国内外发展现状。 半导体材料的性质和结构参数决定了他的特征以及用途。GaAs在生活中也有着广泛的作用，通过对它的讨论希望有助于对半导体材料的认识和理解。 关键词：半导体材料GaAs 性质结构特征用途认识 Abstract:this paper mainly introduces the properties of GaAs semiconductor materials, application, preparation technology and development situation at home and abroad. The nature of the semiconductor material and structure parameters determine his character and purpose. GaAs also has a broad role in our daily life, through the discussion of it hope to contribute to understanding and the understanding of semiconductor materials. Keywords：Semiconductor Materials GaAs Properties Structure Characteristics Purpose Understanding 1 引言 化合物半导体材料的研究可以追溯到上世纪初，最早报导的是1910年由Thiel等人研究的InP材料。1952年，德国科学家Welker首次把Ⅲ-Ⅴ族化合物作为一种新的半导体族来研究，并指出它们具有Ge、Si等元素半导体材料所不具备的优越特性。五十多年来，化合物半导体材料的研究取得了巨大进展，在微电子和光电子领域也得到了日益广泛的应用。 砷化镓（GaAs）材料是目前生产量最大、应用最广泛，因而也是最重要的化合物半导体材料，是仅次于硅的最重要的半导体材料。由于其优越的性能和能带结构，使砷化镓材料在微波器件和发光器件等方面具有很大发展潜力。目前砷化镓材料的先进生产技术仍掌握在日本、德国以及美国等国际大公司手中，与国外公司相比国内企业在砷化镓材料生产技术方面还有较大差距。 2 砷化镓材料的性质及用途 砷化镓是典型的直接跃迁型能带结构，导带极小值与价带极大值均处于布里渊区中心，即K=0处，这使其具有较高的电光转换效率，是制备光电器件的优良材料。 在300 K时，砷化镓材料禁带宽度为1.42 eV，远大于锗的0.67 eV和硅的1.12 eV，因此，砷化镓器件可以工作在较高的温度下和承受较大的功率。 砷化镓（GaAs）材料与传统的硅半导体材料相比，它具电子迁移率高、禁带宽度大、直接带隙、消耗功率低等特性，电子迁移率约为硅材料的5.7倍。因此，广泛应用于高频及无线通讯中制做IC器件。所制出的这种高频、高速、防辐射的高温器件，通常应用于无线通信、光纤通信、移动通信、GPS全球导航等领域。除在I C产品应用以外，砷化镓材料也可加入其它元素改变其能带结构使其产生光电效应，制成半导体发光器件，还可以制做砷化镓太阳能电池。 3 砷化镓材料制备工艺 从20世纪50年代开始，已经开发出了多种砷化镓单晶生长方法。目前主流的工业化
2016年砷化镓氮化镓半导体行业研究报告(经典版)
(此文档为word格式，可任意修改编辑！） 2016年8月
目录 一、概述4 1、砷化镓外延片生长介绍 4 2、砷化镓/氮化镓半导体：功率半导体的分支8 3、SIC功率半导体9 二、砷化镓/氮化镓半导体：半导体贵族引爆市场热点10 1、砷化镓/氮化镓半导体：半导体贵族11 2、砷化镓/氮化镓半导体：放大与开关器件13 三、砷化镓半导体：射频通讯的核心，百亿美元大市场13 1、无线通讯推动砷化镓半导体市场快速发展13 （1）手机通讯领域14 （2）其它领域16 2、国外IDM厂商抢占砷化镓半导体市场先机17 3、砷化镓半导体代工经营模式出现19 四、氮化镓半导体：节能产业的未来20 1、氮化镓：宽禁带半导体，高频性能更强20
2、氮化镓功率半导体民用市场起步22 3、氮化镓大功率器件未来应用前景广阔23 五、三安光电：拉开砷化镓/氮化镓半导体国产替代序幕23 1、国内市场砷化镓/氮化镓半导体需求旺盛23 2、政策扶持将加速砷化镓/氮化镓半导体国产化24 3、三安光电加入制造环节，国产替代加速24 （1）国内砷化镓/氮化镓半导体制造实现零突破24 （2）军工需求将成为三安光电突破口25 （3）民用市场国产替代即将开启25 六、风险因素25
砷化镓/氮化镓半导体引爆市场热点。由于砷化镓和氮化镓半导体材料的特殊性，该器件将会是未来集成电路的重要发展方向，国家正大力支持该行业的迅速发展，最近也引起了市场的广泛关注。砷化镓和氮化镓主要依附于MOCVD 进行外延生产，技术含量高，国内LED 芯片龙头三安光电早在两三年前就在布局该行业，近期发布定增预案，计划募集资金16 亿元，总投入达30 亿元人民币用于通讯微电子器件项目，生产砷化镓高速半导体器件与氮化镓高功率半导体器件。国内砷化镓/氮化镓半导体在军工及无线通讯等领域需求旺盛，而相关标的稀缺，因此我们看好该行业未来发展，同时也将持续关注该领域中相关投资机会。 砷化镓半导体：射频通讯核心，百亿美元大市场。砷化镓半导体具备高工作频率、电子迁移速率、抗天然辐射及耗电量小等特性在微波通讯领域大规模应用。一方面，随着智能手机进入4G 时代，以至于后面的5G 及物联网的崛起，多模多频的砷化镓微波功率器件需求量较3G 时代将大幅提升。根据我们估算，2014 年度全球手机砷化镓功率元件需求量接近120 亿颗，国内手机市场砷化镓元件需求量超过35 亿颗。4G 及未来的5G 通讯已成为砷化镓微波半导体重要的成长驱动力。另一方面，无线通讯的拉动下催生砷化镓半导体由原先的国外IDM 群雄割据发展到现在的代工经营模式，专业的砷化镓半导体晶圆制造出现。