Арсени́д га́ллия (GaAs) — химическое соединение галлия и мышьяка . Важный полупроводник , третий по масштабам использования в промышленности после кремния и германия . Используется для создания микроволновых монолитных микросхем , дискретных высокочастотных транзисторов , светодиодов , лазерных диодов , диодов Ганна , туннельных диодов , фотоприёмников и детекторов ядерных излучений.

Физические свойства

Имеет вид тёмно-серых кристаллов, обладающих металлическим блеском и фиолетовым оттенком, температура плавления 1238 °C .

По физическим характеристикам GaAs — более хрупкий и менее теплопроводный материал, чем кремний. Подложки из арсенида галлия гораздо сложнее для изготовления и примерно впятеро дороже, чем кремниевые, что ограничивает применение этого материала.

Химические свойства

Стабилен по отношению к кислороду и парам воды , содержащимся в воздухе вплоть до температуры 600 °C. Разлагается в растворах щелочей , с серной и соляной кислотами реагирует с выделением арсина , в азотной кислоте пассивируется .

Электронные свойства

• Ширина запрещённой зоны при 300 K — 1.424 эВ
• Эффективная масса электронов — 0.067 m _e
• Эффективная масса лёгких дырок — 0.082 m _e
• Эффективная масса тяжёлых дырок — 0.45 m _e
• Подвижность электронов при 300 K — 8500 см²/(В·с)
• Подвижность дырок при 300 K — 400 см²/(В·с)

Некоторые электронные свойства GaAs превосходят свойства кремния . Арсенид галлия обладает более высокой подвижностью электронов, которая позволяет приборам работать на частотах до 250 ГГц.

Полупроводниковые приборы на основе GaAs генерируют меньше шума , чем кремниевые приборы на той же частоте. Из-за более высокой напряженности электрического поля пробоя в GaAs по сравнению с Si приборы из арсенида галлия могут работать при большей мощности. Эти свойства делают GaAs широко используемым в полупроводниковых лазерах, некоторых радарных системах. Полупроводниковые приборы на основе арсенида галлия имеют более высокую , чем кремниевые, что обусловливает их использование в условиях радиационного излучения (например, в солнечных батареях , работающих в космосе).

GaAs — прямозонный полупроводник , что также является его преимуществом. GaAs может быть использован в приборах оптоэлектроники : светодиодах , полупроводниковых лазерах .

Сложные слоистые структуры арсенида галлия в комбинации с арсенидом алюминия (AlAs) или тройными растворами Al _x Ga _1-x As ( гетероструктуры ) можно вырастить с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) или МОС-гидридной эпитаксии. Из-за практически идеального согласования постоянных решёток слои имеют малые механические напряжения и могут выращиваться произвольной толщины.

Параметры зонной структуры

• Ширина запрещённой зоны : в Г-долине E _g ^Г — 1,519 эВ;
• : α(Г) — 0,5405 мэВ/К; β(Г) — 204 К
• Ширина запрещённой зоны в X -долине E _g ^X — 1,981 эВ
• Параметр Варшни: α( X ) — 0,460 мэВ/К; β( X ) — 204 К
• Ширина запрещённой зоны в L -долине E _g ^L — 1,815 эВ
• Параметр Варшни: α( L ) — 0,605 мэВ/К; β( L ) — 204 К
• Спин-орбитальное расщепление Δ _so — 0,341
• Эффективная масса электрона в Г-долине m _e ^* (Г) — 0,067
• Продольная эффективная масса электрона в L -долине m _l ^* ( L ) — 1,9
• Поперечная эффективная масса электрона в L -долине m _t ^* ( L ) — 0,0754
• Продольная эффективная масса электрона в X -долине m _l ^* ( X ) — 1,3
• Поперечная эффективная масса электрона в X -долине m _t ^* ( X ) — 0,23
• Параметры Латтинжера : ${\displaystyle \gamma }$ ₁ — 6,98; ${\displaystyle \gamma }$ ₂ — 2,06; ${\displaystyle \gamma }$ ₃ — 2,93
• : c ₁₁ — 1221 ГПа; c ₁₂ — 566 ГПа; c ₄₄ — 600 ГПа

Безопасность

Токсические свойства арсенида галлия детально не исследованы, но продукты его гидролиза токсичны.

Примечания

Литература

• Федоров П. И. Галлия арсенид // Химическая энциклопедия : в 5 т. / Гл. ред. И. Л. Кнунянц . — М. : Советская энциклопедия , 1988. — Т. 1: А — Дарзана. — С. 481. — 623 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-008-8 .

Ссылки