【英文名】gallium phosphide
【結構式】GaP
【分子量】100.69
【物化性質】橙色透明的晶體。熔點1477℃,相對密度4.13,其離解壓為((3.5±1) MPa。難溶于稀鹽酸、濃鹽酸、硝酸,是半導體。
【質量標準】國家標準《磷化鎵單晶》Gs/T 20229-2006
注:晶片幾何參數的其他要求由供需雙方商定。
【用途】用于太陽能電池轉換率高的In-GaAs P/InP等半導體中。
發光二極管大量用于控制燈、顯示儀表或面發光元件等,發光二極管所用磷化物半導體有GaP, GaAsP等。紅色發光二極管使用GaP或GaAsP等,黃、橙色發光二極管以GaAsP為主體。
【制法】目前主要用高壓單晶爐液體密封技術和外延方法制備磷化鎵晶體。
(1)液體密封直拉法采用高壓單晶爐,將多晶磷化鎵加入單晶爐的合金石英坩堝 ,再經抽真空、熔化,在充以5.5 MPa氬氣壓下,用三氧化二硼液封拉晶。因磷化鎵分解壓力很大,在典型生長條件下,有一定量的磷溢出并與三氧化二硼作用,使三氧化二硼透明性變差,并有部分冷凝在觀察孔上妨礙觀察,為此可用X射線掃描及稱量法等來控制晶體直徑,制得磷化鎵單晶成品。
(2)合成溶質擴散法(SSD法)將鎵放入石英坩堝中,鎵源溫度在1100~1150℃之間,坩堝底部放磷化鎵籽晶處溫度為1000~1050℃,磷源溫度為420℃,這時產生約0.1MPa磷蒸氣壓,在1150℃磷化鎵的離解壓為0.67Pa,所以在0.1 MPa磷蒸氣壓下,磷化鎵可以穩定生長。開始時,磷蒸氣與處在高溫的鎵表面反應生成磷化鎵膜。此磷化鎵溶于下面的鎵液中并向坩堝底部擴散,由于坩堝底部溫度較低,當磷化稼超過溶解度時,就會析出晶體,如磷源足夠,最后會將鎵液全部變成磷化鎵晶體。
(3)磷化鎵外延生長用上述方法制備的單晶主要用來作襯底。用液、氣相外延方法能用來制備薄膜單晶。
磷化鎵液相外延方法主要有浸漬法、轉動法和滑動舟法,目前采用較多的是滑動舟法。氣相外延主要有:Ga-PC13-H2;Ga-HCl-PH3-H2;GaP-H2O(HCl)-H2系統和MOCVD法(金屬有機熱分解氣相生長法)。
最近采用InP與InGaAsP多層結構半導體開發了具有光增幅、光演算、光記憶等功能的元件。
【安全性】應貯存在陰涼、通風、干燥、清潔的庫房內,容器必須密封,不可與有毒物品和腐蝕性物品共貯混運。運輸時要防雨淋和烈日曝曬。裝卸時要小心輕拿輕放,嚴禁猛烈撞擊,防止包裝容器破裂。
裝入玻璃安瓿,瓶口要密封,每瓶凈重100g,0.5kg或lkg。外套木箱,箱與瓶之間用塑料圈墊實,每箱裝12小瓶。
失火時,可用水、砂土、各種滅火器進行撲救。
2.磷化銦
【英文名】indium phosphide
【結構式】InP
【分子量】145.79
【物化性質】具有瀝青光澤的深灰色晶體。熔點1070℃,熔點下離解壓為2.75MPa。極微溶于無機酸。介電常數10.8,電子遷移率約4600cm2/(V·s),空穴遷移率約150cm2/(V·s)。具有半導體的特性。
【質量標準】國家標準《磷化錮單晶》GB/T 20230-2006
表1磷化銦單晶的導電類型、摻雜劑、電學參數
表2磷化銦單晶位錯密度
表3磷化銦單晶片的幾何參數
【用途】用作半導體材料,用于光纖通信技術,需要1.1~1.6um范圍內的光源和接收器。在InP襯底上生長InGaAsP雙異質結激光器既能滿足晶格匹配,又能滿足波長范圍的要求。
【制法】用高壓單晶爐制備磷化銦單晶是最主要的方法,并用摻等電子雜質的方法降低晶體的位錯密度。而氣相外延多采用In-PCI3-H2系統的歧化法,在該工藝中用銦(99.9999%)和三氯化磷(99.999%)之間的反應來生長磷化銦層。
氣相外延將石英反應管放在雙溫區電爐中,已凈化的高純氫氣經計量通入,氫氣也用來稀釋三氯化磷,此時鼓泡器保持在0℃,通過反應管內的氫氣線速度為14cm/min。外延生長分為兩個階段進行。
在第一階段,將盛有銦的石英舟放在電爐中源區,通入氫氣并加熱到700~850℃,再用氫氣將三氯化磷引入,在銦源上方被還原成磷蒸氣和氯化氫。氯化氫與銦反應生成一氯化銦蒸氣在管中遷移。磷溶解在銦中直至飽和。
在第二階段,銦源保持在原位置不加熱,單晶襯底放在電爐的第二加溫區后,在氫氣氣氛下加熱到600~750℃。首先用氫氣將三氯化磷引入到管內對襯底進行氣相腐蝕,清洗襯底表面。再將氫氣直接引入反應管,并把源加熱到它的過飽和溫度(在操作中此溫度比襯底晶體的溫度高100℃)。然后通過氫氣鼓泡將三氯化磷引入,這時磷蒸氣與在源區生成的一氯化銦反應,在襯底上淀積生長出磷化銦層。當外延生長完成后,向系統中通入純氫氣,將兩個溫區冷卻到室溫,取出產物,制得磷化銦成品。