三五族半導體 研究

Reference

[1][20170725]三五族半導體是什麼？

https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=28513

在半導體的世界裡，矽是大家最耳熟能詳。所有課程也都從矽入門，但我們還是會不時聽到三五族化合物(或二六族)，究竟三五族化合物跟矽有什麼不同呢？

 撰文｜方程毅

當我們攤開元素週期表找尋半導體時，當然會先鎖定四族的矽(Si)跟鍺(Ge)；其他用化合物形成的半導體材料都必須要形成四個價電子的化合物，因此三五族化合物就是由三族的鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)及五族的氮(N)、磷(P)、砷(As)、銻(Sb)等等組成。由於是化合物，所以組成方式非常多種，有二元的 GaN、GaAs、InP；三元的 InGaAs、InGaP；甚至四元的 InAlGaAs 或 InGaAsP 等等。

●有矽就好了，要三五族幹嘛？

既然矽工業如此強大，材料又便宜，到底形形色色的三五族材料有什麼優勢？
那就是光學特性！

以光電元件，例如雷射、LED 或光偵測器來說，會需要材料本身的特性能夠對應到工作所需波長，但矽是一個單一材料，能矽(Band gap)固定，因此在光學部分的應用上來說相對受限。

另一項更重要的因素是「矽的發光特性非常差」。任何需要發光的光電元件(雷射或LED)都沒有矽的份。(因為矽是間接能隙(Indirect bandgap)；而大部分的三五族化合物為直接能隙(direct bandgap))[註1]

●為什麼三五族要這麼多種？

因為要發出(或吸收)不同波長的光。一個材料發光的波長(也就是顏色)取決於其能隙的大小。三五族化合物的能隙各有不同，因此可以做出各種波段的元件。

下表為幾個常見二元三五族化合物的能隙及其對應發光波長(可見光長約為 400nm 至 700nm)，例如：GaN 是作為紫外光或紫光 LED 的材料；GaAs 可以作為紅外線 LED。