Die im Rahmen der vorliegenden Arbeit beschriebenen Bauelemente
sind ausnahmslos auf der Basis von GaAs aufgebaut. In der Einleitung
wurden bereits einige Eigenschaften von GaAs und verwandten Verbindungen
wie AlxGa1-xAs und InyGa1-yAs angesprochen. Wie alle III-V Verbindungen
kristallisiert GaAs in der Zinkblende Struktur. Die Gitterkonstante
von GaAs beträgt a0 = 565.325 ± 0.023 pm und kann für
die ternäre Verbindung AlxGa1-xAs mit
ax/pm = 565.330 + 0.809x angegeben werden [5].
Das Banddiagramm (Abb. 2.6, links) zeigt, daß GaAs ein direkter Halbleiter ist. Damit ist eine Anregung von Ladungsträgern vom Valenzband in das Leitungsband ohne Änderung des Impuls möglich, ebenso wie eine Rekombination von Elektronen des Leitungsbands mit Löchern des Valenzbands. Damit wird die Integration elektrischer und optischer Bauelemente auf GaAs-Basis möglich. Der (direkte) Bandabstand am G-Punkt des GaAs ist größer (Eg = 1.424 eV) als der (indirekte) Bandabstand beim Si (1.07 eV). Die intrinsische Ladungsträgerdichte im Leitungsband des GaAs ist daher bei Raumtemperatur wesentlich kleiner (106 cm-3) als bei Si (1010 cm-3). Das bedeutet, daß GaAs bessere Isolatoreigenschaften zeigt als Si. GaAs ist damit im Vergleich zu Si wesentlich besser als Substratmaterial für MMICs (Monolithic Microwave Integrated Circuits) einsetzbar.
Mit zunehmendem Aluminiumgehalt wird der Bandabstand des ternären AlxGa1-xAs immer größer. Dabei entfernt sich das Leitungsbandminimum des G-Punktes schneller vom Maximum des Valenzbandes als das L- und das X-Minimum. Bei x 0.45 kommt es zum sogenannten band cross-over und AlxGa1-xAs wird zum indirekten Halbleiter, da nun das X-Minimum der energetisch niedrigste Punkt des Leitungsbandes ist (Abb. 2.6, rechts).
Auch die meisten anderen physikalischen Parameter zeigen eine
Abhängigkeit vom Al-, bzw. In-Gehalt. In der folgenden Tabelle
2-1 sind die wichtigsten Materialeigenschaften von GaAs, AlxGa1-xAs
und InyGa1-yAs in Abhängigkeit vom Al- bzw. In-Gehalt zusammengefaßt.
Ausgewählt wurden jeweils Abhängigkeiten, die sehr häufig
in der einschlägigen Literatur
[3, 4] und in den Übersichtswerken [5, 19] zu finden sind.
Abbildung 2.6: Vereinfachtes Banddiagramm von GaAs (links)
und Abhängigkeit der Leitungsbandminima vom Al-Gehalt in
AlxGa1-xAs relativ zum Valenzbandminimum (nach [5, 89]).
Tabelle 2-1: Wichtige Materialeigenschaften von GaAs, AlxGa1-xAs und InyGa1-yAs nach [5, 19]. (a) G-band; (b) 0 x 0.45.