2021.11.11

化合物半导体——磷化铟

磷化铟(InP)

高电场下，电子峰值漂移速度高于GaAs中的电子，是制备超高速、超高频器件的良好材料;

InP作为转移电子效应器件材料，某些性能优于GaAs

InP的直接跃迁带隙为1.35 eV，正好对应于光纤通信中传输损耗最小的波段;

InP的热导率比GaAs好，散热效能好

InP是重要的衬底材料:制备半绝缘体单晶

磷化铟单晶是周期系第Ⅲ、V族化合物半导体。化学分子式为InP。共价键结合，有一定的离子键成分。属闪锌矿型结构，为复式晶格，晶格常数是0.58688nm。磷化铟单晶的制备操作步骤包括如下两道：

(1)合成磷化铟多晶。合成操作是让高纯的磷蒸气与熔融高纯铟直接发生作用，多采用水平定向结晶法和区域熔炼法。

(2)制备掺杂磷化铟单晶。一般采用高压溶液提拉法，是将盛有磷化铟多晶的石英坩埚置于高压设备内进行，用电阻丝或高频加热，惰性气体保护(压力3×106Pa)下让晶体生长。为了提高InP单晶质量，降低位错密度，可通过掺杂(如Sn、S、Zn、Fe、Ga、Sb等)以减少位错。掺杂是往多晶中放人中间掺人物，使之在熔融和结晶过程中得予扩散实现。

InP Wafers Specification

Type 导电类型	Semi-Insulated	N-Type	P-Type	NP Type
Dopant 掺杂元素	Fe	S, Sn	Zn	Undoped
Growth Method 长晶方式	VGF
Diameter 直径	2″, 3″, 4″, 6″
Orientation 晶向	(100)±0.5°
Thickness 厚度 (µm)	350-675um ±25um
OF/IF 参考边	US EJ
Carrier Concentration 载流子浓度	–	(0.8-8)*1018	(0.8-8)*1018	(1-10)*1015
Resistivity 电阻率 (ohm-cm)	>0.5*107	–	–	–
Mobility 电子迁移率 (cm2/V.S.)	>1000	1000-2500	50-100	3000-5000
Etch Pitch Density 位错密度(/cm2)	<5000	<5000	<500	<500
TTV 平整度 [P/P] (µm)	<10
TTV 平整度 [P/E] (µm)	<15
Warp 翘曲度 (µm)	<15
Surface Finished 表面加工	P/P, P/E, E/E

磷化铟(InP)

磷化铟(InP)是重要的III-V族化合物半导体材料之一，是继Si、GaAs之后的新一代电子功能材料。

由于InP在熔点温度1335±7K时，磷的离解压为27.5atm，因此InP多晶的合成相对比较困难，单晶生长也困难得多，整个过程始终要在高温高压下进行，所以InP单晶就难获得，而且在高温高压下生长单晶，其所受到的热应力也大，所以晶片加工就很难，再加上InP的堆垛层错能较低，容易产生孪晶，致使高质量的InP单晶的制备更加困难。

所以目前相同面积的InP抛光片要比GaAs的贵3~5倍。而对InP材料的研究还远不如Si、GaAs 等材料来得深入和广泛。

高电场下，电子峰值漂移速度高于GaAs中的电子，是制备超高速、超高频器件的良好材料;
                          InP作为转移电子效应器件材料，某些性能优于GaAs
                          InP的直接跃迁带隙为1.35 eV，正好对应于光纤通信中传输损耗最小的波段;
                          InP的热导率比GaAs好，散热效能好
                          InP是重要的衬底材料:制备半绝缘体单晶

与GaAs材料相比，在器件制作中，InP材料具有下列优势:

1InP器件的电流峰-谷比高于GaAs，因此，InP器件比GaAs 器件有更高的转换效率;
2惯性能量时间常数小，只及GaAs的一半，故其工作频率的极限比GaAs器件高出一倍;
3热导率比GaAs高，更有利于制作连续波器件; 4基于InP材料的InP器件有更好的噪声特性;

InP作为衬底材料主要有以下应用途径:
光电器件,包括光源(LED、LD)和探测器(PD、 APD 雪崩光电探测器)等, 主要用于光纤通信系统。
集成激光器、光探测器和放大器等的光电集成电路(OEIC)是新一代 40Gb/s通信系统必不可少的部件，可以有效提升器件可靠性和减小器件的尺寸。

InP的禁带宽度为1.34eV，InP高转换效率的太阳能电池，具有高抗辐射性能被用于空间卫星的太阳能电池，对未来航空技术的开发利用起着重要的推动作用。
电子器件包括高速高频微波器件(金属绝缘场效应晶体管 MISFET 、HEMT高电子迁移率晶体管和HBT异质结晶体管 )
InP基器件在毫米波通讯、防撞系统、图象传感器等新的领域也有广泛应用。

目前，InP微波器件和电路的应用还都主要集中在军事领域，随着各种技术的进步，InP微电子器件必将过渡到军民两用，因此InP将有着不可估量的发展前景。

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