Techniklexikon

Galliumarsenid

Formelzeichen GaAs. - V-Halbleiter, bestehend aus den chemischen Elementen Gallium (III. Hauptgruppe des Periodensystems) und Arsen (V. Hauptgruppe). G. ist gegenwärtig der nach Silicium meistgenutzte Halbleiterwerkstoff. Es ermöglicht aufgrund seiner elektronischen Eigenschaften eine große Vielfalt verschiedenartiger Bauelementefunktionen, darunter auch solche, die mit Silicium nicht realisierbar sind: Der direkte Bandübergang (Bandstruktur) läßt eine effektive Lumineszenz zu, so daß G. für die Fertigung von optoelektronischen Bauelementen, insbesondere Infrarotemitter-Dioden, Halbleiterlaser und IOEC, verwendet werden kann. Des weiteren dient G. als Basiswerkstoff für komplexe Systeme der integrierten Optik (Optik, integrierte). Die negative differentielle Beweglichkeit (Elektronenbeweglichkeit) gibt Anlaß zum Gunn-Effekt, der in Gunn-Elementen angewendet wird. Infolge der mehrfach höheren Elektronenbeweglichkeit gegenüber Silicium läßt G. höhere Grenzfrequenzen zu und ermöglicht die Herstellung von HöchstfrequenzbauEigenschaften von GaAs bei T= 300 K elementen und Gigabit-Logik. Vorteilhaft ist hierbei die halbisolierende Eigenschaft reiner GaAs-Kristalle (Substrat, semiisolierendes). Darüber hinaus erlaubt G. die Ausführung akustooptischer und akustoelek-tronischer Wandlerfunktionen (Akusto-elektronik). Demgegenüber ist die Technologie des G. im Zyklus 0 und Zyklus I nicht so weit entwickelt wie die Siliciumtechnologie und prinzipiell aufwendiger. Die Kristallzüchtung erfolgt hauptsächlich mit modifizierten Czochralski-Verfahren bei hohen Drük-ken. Damit hergestellte ’ Einkristalle haben eine geringere Reinheit, eine schlechtere Homogenität und weisen wesentlich mehr Versetzungen und andere Kristallgefügestörungen auf. Die besondere Natur des G. als Verbindungshalbleiter bringt zusätzliche physikalische Probleme und erhebliche technologische Schwierigkeiten mit sich, so daß grundsätzlich mehrfach höhere Bauelementekosten entstehen. Auch sind die Durchmesser der Scheiben (2 bis 3 Zoll) um mindestens den Faktor 2 kleiner. Ein entscheidender Nachteil gegenüber Sili-cium besteht darin, daß G. keine chemisch und elektrisch stabilen Eigenoxide besitzt, so daß GaAs-MOS-Bauelemente (MOS-Technik) technologisch noch nicht ausgereift sind. Ähnliches trifft auch für die MIS-Technik zu. Da die Dotierung von GaAs-Schichten mittels Diffusion schlecht zu steuern und die Löcherbeweglichkeit sehr gering ist, bieten bipolare Transistoren und IS ebenfalls keine Vorteile (Bipolartechnik). Aus diesen Gründen werden GaAs-Transi-storen überwiegend mit Epitaxie und Implantationsverfahren hergestellt und beruhen gegenwärtig ausschließlich auf dem Metall-Halbleiter-Übergang (Schottky-Barrieren-Prinzip): Diskrete GaAs-FET sind MESFET; integrierte Schaltungen basieren gleichfalls auf der MESFET-Technik unter Einbeziehung von Schottky-Dioden. Bei der Fertigung" von optoelektronischen Bauelementen auf GaAs-Basis lassen sich die Prozeßschritte Diffusion und Epitaxie vorteilhaft kombinieren, insbesondere bei den wichtigsten Mischverbindungen Gallium-Aluminium-Arsenid (für Laser) und Gallium- Arsenid-Phosphid (für LED).