砷化镓

二元化合物砷化镓 (GaAs) 是一种半导体材料，可以是半导体材料（掺杂元素周期表第 II、IV 或 VI 族元素）或半绝缘材料（未掺杂）。 在这种衬底材料上构建的连接和外延层是生产高频应用中使用的电子元件以及将电信号转换为光信号所必需的。

摩尔质量：144.64 g mol

密度：5.31 克厘米

熔点：1238℃

溶解度：不溶于水

砷化镓晶格参数a = 5.653Å，每个晶胞有四个公式单元，与锌的结构同型混合。 晶体结构由两个嵌套的面心立方晶格（球体的立方最密堆积）组成，它们由镓（III 族）或砷（V 族）原子组成，并且移动了空间对角线的四分之一立方晶胞相对于彼此。因此，镓原子占据了砷原子堆积中四面体空隙的一半，反之亦然。砷化镓是一种本征直接型半导体，在室温（300 K）下带隙为1.424 eV。该化合物的密度为5.315 g/cm3，熔点为1238 °C。

在基础研究和半导体工业中，GaAs主要用于生产半导体异质结构的铝镓砷材料体系。 由陶瓷制成的组件的传输频率比由硅制成的同类组件高大约十倍。 它们表现出较低的噪声，并且用其构建的电路比它们的直接硅等效物具有较低的功率要求。 水泥是高频技术中使用的高电子迁移率晶体管和耿氏二极管的基础材料。 由此可以构建低噪声高频放大器 (LNA)，这些放大器可用于移动电话、卫星通信或雷达系统等领域。

此外，砷化镓用于借助激光或表面发射激光器通过光纤网络发送信息，并为卫星提供太阳能电池（光伏）的能量。 在日常生活中，水泥用于红外线到黄色的光和激光二极管。

砷化镓在研究中的另一个应用是它在逆光电子能谱中用作光阴极，其中砷化镓可用于产生电子束的自旋极化。

光纤温度测量也是砷化镓的一个应用领域。在这里，光纤传感器的玻璃纤维尖端配备了砷化镓晶体，评估其改变其位置的特性带边缘在温度的影响下。

尽管如此，硅化硅还未能取代硅成为更多日常应用的大容量半导体。 造成这种情况的主要原因是与极为常见的元素硅相比，更稀有的原材料镓和砷的价格要高得多，而且单晶生产技术也更为复杂。 这种高技术努力也限制了结晶陶瓷单晶的质量和直径。 此外，与硅化硅相比，在硅中创建绝缘区域（主要以二氧化硅的形式）更容易。 由于与硅相比，GaAs 的导电缺陷电子（所谓的“空穴”）的迁移率明显较低，因此无法在 GaAs 中实现良好的 p 沟道场效应晶体管，因此在 GaAs 中不可能实现 CMOS 电路技术； 这逆转了 GaAs 在许多应用中的能量优势。

有毒的砷被用于生产砷化镓。 GaAs 生产过程中的挥发性、有毒中间产物，例如 GaAs 蚀刻过程中形成的砷酸，也是有问题的。

砷化镓单晶（晶体生长）的生产是通过蒸气压控制的坩埚提拉工艺从两种元素镓和砷的熔体中产生的，例如液体封装直拉法或垂直梯度冷冻工艺（LEC 或 VGF 工艺）。 现有技术是直径为 150 毫米的晶圆，由此证明了制造直径为 200 毫米的晶圆的可能性。GaAs 或 AlGaAs 层可以在适当的衬底上外延生产，这些层也是单晶。 这通常以大约 1 µm/h 的速度发生，具体取决于外延工艺。