ヒ化ガリウム単結晶(GaAs)

ヒ化ガリウム（allium arsenide）は、ガリウム（Ga）と砒素（As）の化合物からなる半導体であり、化合物半導体ともいわれる。また、ガリウムヒ素と呼ばれることもある。本化合物半導体は、シリコン半導体に比べて、電子移動度が高いため、動作が高速化が可能であり、消費電力が低い特長を持つ。近年では、高周波特性が要求される携帯電話をはじめとするモバイル機器等に多く搭載されるようになっている。
銀色の金属状化合物で、常温で安定な結晶構造は閃亜鉛鉱型（ジンクブレンド型）構造をとる。式量は144.64、融点1511 K、比重は5.310である。砒素化合物だが単独での毒性は弱い。しかし酸や蒸気と反応し、有毒なアルシンを生成する。半導体材料としての性質は、1.43 eV のバンドギャップを持つIII-V族半導体であり、電子移動度は 0.85 m2/Vs、ホール移動度は 0.04 m2/Vs である。
一般的な半導体材料であるシリコンよりも電子移動度が高く、アンドープ基板の抵抗率が非常に高い（シート抵抗値が数 MΩ）ことから、半絶縁性基板と呼ばれる。 高い抵抗率によって基板へのリーク電流や寄生容量を抑えることができ、現在のSOI技術によるFETと同様の性質を持つ。 このような性質から、応答が速く消費電力の少ない半導体素子の製造に向いた材料となっている。一方で、絶縁性の元となっているミッドギャップ近傍の準位が時定数を増大させる結果となっているため(数ms〜数s)、不安定動作の原因となっている。
前述の利点を生かして、ヘテロ構造を使用した、HEMTやHBT等の高速通信用の半導体素子の材料として多用されている。 また、直接遷移形の材料であるため赤色・赤外光の発光ダイオードに広く用いられており、半導体レーザーにも使用されている。
ヒ化ガリウムはIARC発がん性リスク一覧でGroup1に分類されており、発ガン性が指摘されている。このため、ヒ化ガリウムを含有する半導体を廃棄する際には適切な処理が求められる。特に一般ゴミに混入しないよう細心の注意が必用である。 また粉砕や破砕などを行なうと粉塵を吸い込む危険性がある。

■標準特性値

• 結晶構造：　亜鉛鉱型結晶構造
• 格子(A)：　a=5.65 Angstroms
• 融点：　1238℃
• 密度：　5.32 gram/cm²
• 原子密度 4.5'： 1022 atoms/cm³
• バンドギャプ： 1.42eV