23-06-2023
Арсени́д га́ллия (GaAs) — химическое соединение галлия и мышьяка. Важный полупроводник, третий по масштабам использования в промышленности после кремния и германия. Используется для создания сверхвысокочастотных интегральных схем и транзисторов, светодиодов, лазерных диодов, диодов Ганна, туннельных диодов, фотоприёмников и детекторов ядерных излучений.
| Общие | |
| Название | арсенид галлия |
| Химическая формула | GaAs |
| Внешний вид | Тёмно-серые кубические кристаллы |
| Структура | |
| Молекулярная масса | 144.64 ат. ед. |
| Постоянная решётки | 0.56533 нм |
| Кристаллическая структура | цинковой обманки |
| Физические | |
| Агрегатное состояние при н. у. | твёрдое |
| Точка плавления при н. у. | 1513 K |
| Электронные | |
| Ширина запрещённой зоны при 300 K | 1.424 эВ |
| Электроны, эффективная масса | 0.067 me |
| Лёгкие дырки, эффективная масса | 0.082 me |
| Тяжёлые дырки, эффективная масса | 0.45 me |
| Подвижность электронов при 300 K | 8500 см²/(В·с) |
| Подвижность дырок при 300 K | 400 см²/(В·с) |
| Предупреждение | |
| Яд | Не исследовано, продукты гидролиза токсичны |
| Продукты распада | |
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 радиационную стойкость, 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 AlxGa1-xAs (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.
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.
Токсические свойства арсенида галлия детально не исследованы, но продукты его гидролиза токсичны (и канцерогенны).
В таблице представлены некоторые параметры зонной структуры для арсенида галлия.
| Параметр | Обозначение | Значение |
|---|---|---|
| Постоянная решётки | ac ™ | 0,565325+0,388·10−5(T−300) |
| Ширина запрещённой зоны в Г-долине | EgГ (эВ) | 1,519 |
| Параметр Варшни α(Г) | α (Г) (мэВ/К) | 0,5405 |
| Параметр Варшни β(Г) | β(Г) (К) | 204 |
| Ширина запрещённой зоны в X-долине | EgX (эВ) | 1,981 |
| Параметр Варшни α(X) | α(X) (мэВ/К) | 0,460 |
| Параметр Варшни β(X) | β(X) (К) | 204 |
| Ширина запрещённой зоны в L-долине | EgL (эВ) | 1,815 |
| Параметр Варшни α(L) | α(L) (мэВ/К) | 0,605 |
| Параметр Варшни β(L) | β(L) (К) | 204 |
| Спин-орбитальное расщепление | Δso | 0,341 |
| Эффективная масса электрона в Г-долине | me*(Г) | 0,067 |
| Продольная эффективная масса электрона в L-долине |
ml*(L) | 1,9 |
| Поперечная эффективная масса электрона в L-долине |
mt*(L) | 0,0754 |
| Продольная эффективная масса электрона в X-долине |
ml*(X) | 1,3 |
| Поперечная эффективная масса электрона в X-долине |
mt*(X) | 0,23 |
| Параметры Латтинжера | 1 | 6,98 |
| 2 | 2,06 | |
| 3 | 2,93 | |
| Упругие константы | c11(ГПа) | 1221 |
| c12(ГПа) | 566 | |
| c44(ГПа) | 600 |
Внешний вид кристалла GaAs
GaAs.