Techniklexikon

Verbindungshalbleiter

Sammelbegriff für Halbleiterwerkstoffe, die (im Gegensatz zu den Elementhalbleitern) aus chemischen Verbindungen, d. h. aus zwei oder mehr chemischen Elementen bestehen. Die Bezeichnungsweise für V. folgt den Gruppen des Periodensystems, aus denen die einzelnen Elemente stammen. Demzufolge bedeutet z. B. III-V-Verbindung (manchmal auch als AmBv-V. bezeichnet), daß die Kationen in der III. Gruppe, die Anionen in der V.Gruppe stehen. V. lassen sich aus Elementhalbleitern dadurch ableiten, daß man im Diamantgitter (Kristallstruktur) die vier-wertigen Atome (z. B. des Germaniums) derart durch anderweitige Atome ersetzt, daß die mittlere Zahl der Valenzelektronen erhalten bleibt. So entstehen bei Substitution der Hälfte der Gitteratome durch (4 - n)-wertige, der anderen Hälfte durch (4 + n)-wertige Atome die r III-V-Halbleiter (n - 1) bzw. (mit n = 2) die II-VI-Halblei-ter. Aus den III-V-Verbindungen können entsprechend die II-IV-V2-V. gewonnen werden, wenn man die III-Komponente durch die Kombination II-IV substituiert usw. Die angeführten V. kristallisieren zwar in verschiedenen Strukturen, i.allg. bleibt aber die tetra-edrische Konfiguration des Diamantgitters erhalten: Je vier sich berührende benachbarte Atome bilden ein Tetraeder. Neben den genannten Gruppen von V. gibt es noch weitere, die jedoch nur von physikalischem Interesse sind. Von größerer technischer Bedeutung sind hauptsächlich die II-VI-V., teilweise auch die II-IV-VrV., vor allem aber für opto- und mikroelektronische Bauelementeanwendungen die III-V-V. Eine wesentliche Eigenschaft der V. ist, daß sie Mischkristalle mit anderen Elementen aus den gleichen Gruppen bilden können. Dadurch entstehen mehrkomponentige Kristallanordnungen, die aus drei oder vier Atomarten bestehen (ternäre bzw. quaternäre V.), wobei die ursprüngliche Gitterstruktur unverändert erhalten bleibt. Ersetzt man beispielsweise im Galliumarsenid einen Teil der Ga-Kationen (Ga) durch Indiumkationen (In), so entsteht der ternäre V. Gallium-In-dium-Arsenid (Gax In^ As, wobei x den beim Gitteraufbau verbleibenden Anteil der Galliumatome bezeichnet, Bild b). Bei vielen Mischkristallen kann der Mischungsanteil x in weiten Grenzen verändert werden, wodurch wesentliche Halbleitereigenschaften verändert werden können. Elektronik, Halbleiterphysik, Halbleiter, die aus Verbindungen verschiedener chemischer Elemente bestehen. Ein wichtiges Beispiel dafür sind die III-V-Halbleiter.