Techniklexikon

Gallium - Arsenid - Phosphid

Formelzeichen GaAsxPt-x. III-V-Halblei ter, bestehend aus den chemischen Elementen Gallium (III. Hauptgruppe des Periodensystems) und Arsen bzw. Phosphor (V. Hauptgruppe). Die Mischverbindung G. ist ein wichtiger Halbleiterwerkstoff für Lichtemitter-Bauelemente. Sie entsteht z. B. dadurch, daß im Gal-liumphosphid (GaP-)Kristallgitter der Anteil x der Phosphor- durch Arsenatome ersetzt wird. Wenn das Mischungsverhältnis x dem Wert 1, 0 zustrebt, gelangt man zum Gallium-arsenid (GaAs). Da sich die Eigenschaften von GaP und GaAs z. T. wesentlich voneinander unterscheiden - vor allem die Gittej-konstanten (Differenz etwa 3, 6%), die Bandabstände und die -f Bandstruktur -, sind im G. diese Parameter von x abhängig: Mit wachsendem Arsenanteil wird der Bandabstand geringer und die Gitterkonstante größer. Bei etwa gleichen Anteilen ändert sich sogar die Art des Bandübergangs von indirekt zu direkt, d. h., Lumineszenz durch strahlende Rekombination ist bei x > 0, 52 möglich. Somit kann G. für die Herstellung von LED und LED-Anzeigen dienen. Halbleitermischverbindungen können i. allg. nicht als -- Einkristalle gezüchtet, sondern nur durch Epitaxieverfahren erzeugt werden. Bei Abscheidung von G. -Schichten mittels Gasphasenepitaxie oder Flüssigphasen-epitaxie läßt sich eine vorgegebene Emissionswellenlänge X (Emission) über den Bandabstand bzw. den zugehörigen x-Wert einstellen. Die Auswahl des Substrats wird von der Differenz der Gitterkonstanten bestimmt, sie soll möglichst gering sein: Auf GaAs-Scheiben wird, ausgehend von einer GaAs-Schicht (x = 1, 0), der x-Anteil der Epitaxieschicht im Aufwachsprozeß allmählich verringert, so daß durch optimale Gitteranpassung eine perfekte Lumineszenzschicht mit hoher Lichtausbeute entsteht. Auf diese Weise werden z. B. GaAs0 6P0, 4-Schichten für rote LED hergestellt (A = 650nm). Für die Fertigung von gelben, orangen und roten Lichtemittern lassen sich auch stickstoffdotierte GaAsxPi_x:N-Schichten verwenden, wobei x g 0, 35 ist. Diese Zusammensetzung liefert zwar einen indirekten Bandübergang, eine Lumineszenz ist jedoch analog zu GaP:N-LED möglich.