砷化镓
第二代半导体材料
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历史版本
化镓（英语：Gallium arsenide）[1]，无机化合物，[5]同时也是ⅢA族元素镓和VA族砷的金属间化合物，分子式为GaAs，相对分子质量为144.64，属于Ⅲ-V族化合物半导体。[2][3]砷化镓为具有金属绿蓝色光泽的深灰色晶体或灰色粉末，潮湿时具有大蒜味。[5]相对分子质量为144.64[2]，室温下禁带宽度1.424 eV，质量密度5.307g/cm³。[4]砷化镓在室温下对氧与水汽稳定，温度在480℃以上时可释放出砷蒸气，能与强还原性酸反应生成砷化氢气体，不溶于盐酸，可溶于硝酸和王水。[2][3][7]在光学性质方面，砷化镓具有优异的半导体性质，它的禁带为直接型，室温禁带宽度1.424eV，电子迁移率8500cm2／Vs、空穴迁移率400cm2／Vs。[3]
主流的工业化砷化镓生长工艺包括：直拉法（Cz法）、水平布里其曼法（HB）、垂直布里其曼法（VB法）以及垂直梯度凝固法（VGF法）等。[8][9]砷化镓单晶片的价格大约相当于同尺寸硅单晶片的20至30倍。砷化镓作为第二代半导体材料，可以分为半绝缘和半导体两大类，其应用主要集中在信息技术领域和光电领域。半绝缘砷化镓材料主要制作场 效应晶体管（MESFET）、高电子迁移率管（HEMT）和异质结双极晶体管（HBT）结构的集成电路。半导体砷化镓材料主要应用于半导体发光二极管（LED）、光通信有源器件（LD）、可见光激光器、近红外激光器、量子阱大功率激光器和高效太阳能电池。[2]
呼吸道是砷化镓毒性作用的主要效应器官，主要表现为炎症反应和增生性病变，并可能导致雌性大鼠出现浸润性鳞状细胞癌。[7]当加热分解时，砷化镓会释放出剧毒的砷烟雾，人体吸入时会表现出腹泻、抽搐、昏迷、头痛、头晕咳嗽等中毒症状。但砷化镓的健康危害效应存在较大争议，尤其是其致癌性。国际癌症研究机构参照砷及其无机化合物，将其归类于Ⅰ类致癌物；美国政府工业卫生学家会议（ACGIH）将其归为A3类（确定动物致癌物）。[7][6]
发展历史
1952年，H·韦尔克（Welker）提出砷化镓（GaAs）有半导体性质，拉开了砷化镓作为半导体材料的序幕。[10]两年后，砷化镓被发现具有光生伏特效应，随后于1974年报道该材料薄膜电池效率的理论值可达到22%～25%。[11]1958年，江崎发明了隧道二极管 。1962年，第一个基于砷化镓为材料的半导体激光器被研制成功。次年，由于耿氏效应的发现，砷化镓的研究成为半导体研究领域的中心课题。在这两年中，以砷化镓单晶为材料的激光二极管和耿氏二极管被先后制出，促进了材料的进一步发展。[10][12]