С горизонтальными изоэлектронными аналогами IV группы

0.8.1. Полупроводниковые соединения типа А3В5
Интерес к соединениям III и V групп Периодической системы возник в 1950-е гг., когда были впервые выявлены их полупроводниковые свойства. Такие соединения обеспечивают более широкий выбор основных полупроводниковых параметров, ширины запрещенной зоны, подвижности носителей заряда, чем элементарные полупроводники IV группы. В таблице 10.3 в качестве примера приведено сравнение некоторых свойств соединений А³В⁵ с горизонтальными изоэлектронными аналогами IV группы. Изоэлектронными аналогами называются вещества с близкой кристаллической структурой и одинаковым средним атомным номером Z_cp.
Таблица 10.3
Сравнение свойств соединений А³В⁵ с изоэлектронными аналогами IV группы

Материал	Zcp	Температура плавления, С	Ширина запрещенной зоны, эВ
Кремний	14	1417	1,12
Фосфид алюминия А1Р	14	2550	2,45
Германий	32	937	0,66
Арсенид галлия GaAs	32	1238	1,428
Серое олово a-Sn*	50	—	0,08
Антимонид индия InSb	50	525	0,18

' a-Sn при 13,2 °С испытывает полиморфное a -> p-превращение; p-Sn имеет 1_т = 231 °С и не является полупроводником.
Появление ионной компоненты связи в соединениях А³В⁵ по сравнению с ковалентной связью в полупроводниках IV группы приводит к большим значениям температуры плавления и ширины запрещенной зоны.
Особый интерес к соединениям А³В⁵ в настоящее время обусловлен потребностями оптоэлектроники в быстродействующих малогабаритных источниках и приемниках излучения. На базе А³В⁵ создаются полупроводниковые лазеры, светодиоды, фотоприемники и фотокатоды, фотоэлектронные умножители, туннельные диоды, полевые транзисторы, генераторы СВЧ-колебаний и т. д. Важным свойством многих материалов этого типа является высокая эффективность излучательной рекомбинации неравновесных носителей.
К полупроводниковым материалам А³В⁵ относятся соединения бора, алюминия, галлия и индия с азотом (нитриды), фосфором (фосфиды), мышьяком (арсениды) и сурьмой (антимониды). Они кристаллизуются, за исключением нитридов, в решетке типа сфалерита, т. е. относятся к алмазоподобным. Нитриды кристаллизуются в решетке гексагонального типа (типа вюрцита).
Поскольку каждый элемент III группы находится в тетраэдрическом окружении элементов V группы, соединения А³В⁵ являются ближайшими электронными аналогами кремния и германия. Внутри каждой группы соединений-аналогов с увеличением среднего атомного номера Z_cp и атомных масс компонентов наблюдается уменьшение ширины запрещенной зоны E_g, температуры плавления, твердости, а также увеличение пластичности вследствие уменьшения ковалентной и увеличения ионной составляющей связи.

Рис. 10.14. Фазовая диаграмма системы «индий—мышьяк»
Акцепторными примесями для соединений А³В⁵ являются элементы II группы (Be, Mg, Zn, Cd). Они замешают металлический компонент.
В качестве донорной примеси выступают элементы VI группы (S, Se, Те), которые при легировании замещают неметаллический компонент соединения А³В⁵.
Фазовые диаграммы систем А³В⁵ имеют однотипный эвтектический характер. В качестве примера на рис. 10.14 приведена диаграмма системы «индий—мышьяк».
Основными соединениями А³В⁵, наиболее широко используемыми в полупроводниковой промышленности, являются арсенид и фосфид галлия, а также антимонид индия.