Techniklexikon

Gallium-Aluminium-Arsenid

V-Halblei ter, bestehend aus den chemischen Elementen Gallium bzw. Aluminium (III. Hauptgruppe des Periodensystems) und Arsen (V. Haupt gruppe). Die Mischverbindung G. entsteht durch Kombination der Halbleiter Galliumarse-nid (x = 0) und Aluminiumarsenid (x=l) und ist ein wichtiger Werkstoff für die Herstellung von Halbleiterlasern und LED, die in der Lichtleitertechnik eingesetzt werden, sowie von aktiven Bauelementen mit Heterostrukturaufbau. Wie beim Gallium-Arsenid-Phosphid sind Bandstruktur und Bandabstand x-abhängig. Beim Mischungsverhältnis x < 0, 38 wird der Bandübergang direkt, d. h., G. Schichten mit einem Aluminiumanteil unter 38 % zeigen Lumineszenz im roten bzw. infraroten Spektralbereich mit Emissionswellenlängen oberhalb 630 nm (Emission). Wie alle anderen Mischverbindungen werden G. Schichten durch Epitaxieverfahren, hauptsächlich Flüssigphasenepitaxie und Gasphasenepitaxie, auf geeigneten binären (zweikomponentigen) Substraten hergestellt. Da sich die Gitterkonstanten von G. und GaAs nur um 0, 15 % unterscheiden, liegt automatisch eine gute Gitteranpassung vor, so daß Schichten aus GaAs und G. mit beliebiger Zusammensetzung x zu Heterostruktu-ren kombiniert werden können. Hieraus resultiert die große Bedeutung des Systems GaAlAs-GaAs. In Doppelheterostruktur-Lasern wird eine sehr dünne lumineszierende GaAs-Schicht zwischen zwei G. -Schichten eingeschlossen, die sowohl für die elektronische Begrenzung der Ladungsträger (durch den höheren Bandabstand; Bändermodell; Hetero-junction) als auch für die optische Begrenzung des Laserstrahls sorgen und somit einen hohen Wirkungsgrad ermöglichen. Bei der optischen Einschließung (Confinement) wird ausgenutzt, daß G. einen niedrigeren Brechungsindex als GaAs aufweist und die IR-Strahlen durch Totalreflexion in der GaAs-Schicht konzentriert bleiben. In LED aus GaAs-GaAlAs wird ebenfalls ein höherer Wirkungsgrad als in GaAs-LED durch Con-finement-Effekte erzielt. Darüber hinaus sind auch Lichtemitter im sichtbaren roten Wellenlängenbereich herstellbar (^=650nm). Weitere Bauelemente, bei denen die Funktion auf GaAlAs-GaAs-Hetero-strukturen beruht, sind der HEMT, bipolare Transistoren mit G. als sogenanntem Wide-Gap-Emitter sowie Solarzellen.