Techniklexikon

III-Halbleiter

Zusammenfassende Bezeichnung für die aus den Elementen der III. und V. Hauptgruppe des Periodensystems gebildeten Verbindungshalbleiter. Zu den wichtigsten Vertretern der III-V-H. gehören Galliumarsenid (GaAs), Gal-liumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumarsenid (InAs), Indiumantimo-nid (InSb) und Galliumantimonid (GaSb) sowie die weiter unten angeführten Mischkristalle. Ihre wesentlichen Parameter enthält die Tafel. Die III-V-H. kristallisieren in der Zinkblendestruktur (Kristallstruktur). Ihre Technologie ist nicht so weit entwickelt wie die der Elementhalbleiter. Schwierigkeiten treten wegen des hohen Dampfdrucks einiger Komponenten (Phosphor, Arsen) auf; die Züchtung wichtiger Einkristalle muß darum in Hochdruckanlagen erfolgen (GaAs, InP, GaP), und Hochtemperaturschritte in der Bauelementefertigung sind wesentlich kritischer als bei den Siliciumbauelementen (Gefahr der Kristallzersetzung). Auch ihre Verarbeitung im Zyklus 0 und Zyklus I als chemische Verbindungen bereitet größere Probleme als bei Elementhalbleitern. III-V-H. sind größtenteils lückenlos miteinander mischbar und können ternäre bzw. Eigenschaften wichtiger IIIV- Halbleiter bei T = 300 K quaternäre Verbindungen bilden. In der ter-nären Verbindung GaAsxP!_x kann man z. B. durch Variieren des Mischungsanteils x, ausgehend vom Halbleitermaterial GaAs, zum Halbleitermaterial GaP gelangen. Damit verbunden ist eine Änderung wesentlicher physikalischer Parameter (Bandstruktur, Bandabstand, Gitterkonstante sowie die daraus resultierenden optischen und elektrischen Eigenschaften). Daraus ergibt sich die grundsätzliche Möglichkeit, gewünschte Eigenschaften in gewissen Grenzen vorzugeben und mit Hilfe des Mischungsanteils x einzustellen. Das ist für den technischen Einsatz vieler III-V-H. in elektronischen Bauelementen von Bedeutung geworden. Die mehrkomponentigen lII-V-H. lassen sich nicht wie die zweikomponentigen durch Ein-kristallzüchtung herstellen, sondern werden i. allg. durch Epitaxie auf geeigneten Substraten binärer III-V-H. (wie GaAs, GaP, InP) abgeschieden. Die dadurch entstehenden HeteroÜbergänge (Hetero-junction) bilden die physikalische Grundlage für Halbleiterlaser und Lichtemitterdioden. Hierzu werden am häufigsten Gal-lium-Aluminium-Arsenid, Gallium-Arse-nid-Phosphid und Gallium-Indium-Arsenid-Phosphid verwendet. III-V-H. und ihre Mischkristalle gehören neben Silicium zu den wichtigsten technisch angewendeten Halbleiterwerkstoffen. Sie bilden die Grundlage für die Herstellung von optoelektronischen und Höchstfrequenz-bauelementen.