砷化镓

IUPAC名
Gallium arsenide 识别 CAS号 1303-00-0 ? SMILES Ga#As 性质 化学式 GaAs 摩尔质量 144.645 g·mol⁻¹ 外观 灰色立方晶体 密度 5.316 g/cm3[1] 熔点 1238 °C (1511 K) 溶解性（水） < 0.1 g/100 ml (20 °C) 能隙 1.424 eV300 K 电子迁移率 8500 cm2/(V*s) (300 K) 热导率 0.55 W/(cm*K) (300 K) 折光度n
D 3.3 结构 晶体结构 闪锌矿结构 空间群 T2d-F-43m 配位几何 四面体 分子构型 直线形 危险性 欧盟危险性符号

有毒 T
危害环境N 警示术语 R：R23/25-R50/53 安全术语 S：S1/2-S20/21-S28-S45-S60-S61 MSDS MSDS NFPA 704
1 3 2 W 若非注明，所有数据均出自一般条件（25 ℃，100 kPa）下。

砷化镓（化学式：GaAs）是镓和砷两种元素所合成的化合物，也是重要的IIIA族、VA族化合物半导体材料，用来制作微波集成电路[a]、红外线发光二极管、半导体激光器和太阳电池等元件。

砷化镓是重要的化合物半导体材料，外观呈亮灰色，具金属光泽、性脆而硬。常温下比较稳定。加热到873K时，外表开始生成氧化物形成氧化膜包腹。常温下，砷化镓不与盐酸、硫酸、氢氟酸等反应，但能与浓硝酸反应，也能与热的盐酸和硫酸作用。

砷化镓天然存量稀少，通常采用镓和砷直接化合的方法，其中水平区域熔炼法是普遍采用的方法。通过区域提纯便可获得单晶。 采用间接的方法也可获得砷化镓。如一氯化镓（英语：Gallium chloride）用砷蒸气还原来制备砷化镓；Ga(CH3)3（英语：trimethylgallium）和AsH3在一定温度下，发生热分解得到砷化镓。

4GaCl + 2H2 + As4 → 4GaAs + 4HCl Ga(CH3)3 + AsH3 → GaAs + 3CH4 应用
砷化镓的优点 1.电子物理特性 砷化镓（GaAs）拥有一些比硅（Si）还要好的电子特性，如高的饱和电子速率（英语：Saturation velocity）及高的电子迁移率，使得GaAs可以用在高于250 GHz的场合。如果等效的GaAs和Si元件同时都操作在高频时，GaAs会拥有较少的噪声。也因为GaAs有较高的击穿电压，所以GaAs比同样的Si元件更适合操作在高功率的场合。因为这些特性，GaAs电路可以运用在移动电话、卫星通讯、微波点对点连线、雷达系统等地方。GaAs曾用来做成Gunn diode（中文翻做“甘恩二极管”或“微波二极管”，中国地区叫做“耿氏二极管”）以发射微波。现今RFCMOS虽可达到高操作频率及高整合度，但其先天物理上缺点如低击穿电压、硅衬底高频损耗、信号隔离度不佳、低输出功率密度等，使其在功率放大器及射频开关应用上始终难以跟砷化镓匹敌。[2] 2.能隙 GaAs的的另一个优点：它是直接能隙（英语：Direct and indirect band gaps）的材料，所以可以用来发光。而Si是间接能隙（英语：Indirect bandgap）的材料，只能发射非常微弱的光。（但是，最近的技术已经可以用Si做成LED和运用在激光，发光效率仍不甚理想。） 3.切换速度 因为GaAs的切换速度很快，所以GaAs被认为是电脑应用的理想材料。1980年代时，大家都认为微电子市场的主力将从Si换成GaAs。首先试着要去改变的有超级电脑的供应商克雷公司、Convex电脑公司（英语：Convex Computer），Alliant电脑系统公司（英语：Alliant Computer Systems），这些公司都试着要抢下CMOS微处理器技术的领导地位。Cray公司最后终于在1990年代早期建造了一台GaAs为基础的机器，叫Cray-3。但这项成就还没有被充分地运用，公司就在1995年破产了，1996年为硅谷图形公司收购，经种种难关，2000年后原名复活。 4.抗天然辐射 砷化镓比硅更不会受到自然辐射的干扰，不易产生错误信号。

硅（Si）比GaAs好，有三个主要理由。

硅（Si）工艺是大量生产且便宜的工艺。且硅（Si）有较好的物理应力，所以可做成大尺寸的晶圆（现今，Si晶圆直径约为300 mm，而GaAs晶圆最大直径约只有150 mm）。在地球表面上有大量硅（Si）的原料：硅酸盐矿。硅工业已发展到规模经济（透过高的产能以降低单位产品的成本）的情形了，更降低了工业界使用GaAs的意愿。 硅（Si）来源多且很容易就会变成二氧化硅（在电子元件中，这是一种很好的绝缘体）。二氧化硅可以轻易地被整合到硅（Si）电路中，且二氧化硅和硅（Si）拥有很好的界面特性。反观，GaAs不能产生一层稳定且附着在GaAs上的绝缘层。 大概也是最重要的优点，是硅（Si）拥有高很多的空穴移动率。在需要CMOS逻辑时，高的空穴率可以做成高速的P-沟道场效应晶体管。如果需要快速的CMOS结构时，虽然GaAs的电子迁移率快，但因为它的功率消耗高，所以使的GaAs电路无法被整合到Si逻辑电路中。 砷化镓的异质结构

因为GaAs和AlAs的晶格常数几乎是一样的，所以可以利用分子束外延（molecular beam epitaxy, MBE）或有机金属气相外延 （metal-organic vapour phase epitaxy，MOVPE，也称做有机金属化学气相沉积法），在GaAs上轻易地形成异质的结构，如成长砷化铝（AlAs）或砷化铝镓（英语：Aluminium gallium arsenide）（AlxGa1-xAs）合金。且因为成长出来的层应力很小，所以几乎可以成长任意的厚度。

GaAs的另一个很重要的应用是高效率的太阳电池。1970年时，Zhores Alferov和他的团队在苏联做出第一个GaAs异质结构的太阳电池。[4][5][6] 用GaAs、Ge和InGaP三种材料做成的三接面太阳电池，有32%以上的效率，且可以操作在2,000 suns下的光。这种太阳电池曾运用在美国NASA探测火星表面的机器人：勇气号火星探测器（spirit rover）和机遇号（opportunity rover）。而且很多太阳电池都是用GaAs来做电池阵列的。

利用Bridgeman技术（英语：Bridgman–Stockbarger technique）可以制造出GaAs的单晶，因为GaAs的力学特性，所以用柴可拉斯基法是很难运用在GaAs材料的。

GaAs的毒性至今仍没有被很完整的研究。因为它含有As，经研究指出，As是有毒的，As也是一种致癌物质。但，因为GaAs的晶体很稳定，所以如果身体吸收了少量的GaAs，其实是可以忽略的（指“短时间”，长时间仍有累积成生物毒性，得不定期体检）。当要做晶圆抛光工艺（磨GaAs晶圆使表面微粒变小）时，表面的区域会和水起反应，释放或分解出少许的As。就环境、健康和安全等方面来看GaAs（就像是三甲基镓（英语：trimethylgallium）和As）时，及有机金属前驱物的工业卫生监控研究，都最近指出以上的观点。