ヒ化ガリウム(読み)ひかがりうむ(英語表記)gallium arsenide

日本大百科全書(ニッポニカ) 「ヒ化ガリウム」の意味・わかりやすい解説

ヒ化ガリウム
ひかがりうむ
gallium arsenide

Ⅲ‐Ⅴ族化合物半導体の一種。閃(せん)亜鉛鉱型の結晶格子定数は5.653オングストローム、比重5.307、融点は1238℃、禁制帯幅は1.4電子ボルト、電子の移動度はシリコンの4~6倍と速く、強い電場では負性抵抗を示す。記号GaAsガリウムヒ素ともいう。

 物質としてのヒ化ガリウムは1926年に初めて学術論文に登場した。その後ゲルマニウムにかわるトランジスタ材料として、化合物半導体の研究が1950年代初めに旧西ドイツのジーメンス社によってなされ、その成果に刺激されて結晶化の研究が進められた。大形単結晶がつくられるようになったのは、ヒ化ガリウムの組成蒸気圧、温度の関係が明らかにされた57年以降である。50年代末にはヒ化ガリウムのもつ電気特性からトンネルダイオードがつくられ、その後、電子の高速性を利用してマイクロ波用にミクサーダイオード、電界効果トランジスタ、インパットダイオードがつくられ、電子管にとってかわってきている。また、シリコンにかわるコンピュータ用超高速素子としてヒ化ガリウムの集積回路が開発されるようになった。

 一方、1962年にアメリカRCA社は、ヒ化ガリウムのpn接合部分で正孔と電子が再結合することにより発光することを認めた。この現象はただちに発光ダイオード半導体レーザーに利用された。前者は赤外発光ダイオード、ついでリンやアルミニウムを加えた可視発光ダイオードとして製品化された。後者については、ヒ化ガリウムとアルミニウムを加えたヒ化ガリウムの共晶間のヘテロ異種)接合を2個利用して室温で連続発振するものが70年に開発され、現在の光通信や光ディスク用の半導体レーザー材料として用途を広げている。このほか、70年代後半から、ホール素子、圧電素子、人工衛星用の太陽電池材料としても利用されている。

 ヒ化ガリウム単結晶は暗灰色をしており、水平ブリッジマン(HB)法と液相チョコラルスキー(LEC)法で3インチ径以上のものが得られる。前者は石英ボートにヒ素とガリウムを入れて石英管内に封入し、これを加熱してヒ素を気化し、溶融したガリウム内に拡散させ、種(たね)結晶による種付けを行ったのち冷却して結晶化を進める。現在、98%までがこの方法で製造されている。後者はより高純度で大形化を図る目的で開発されたもので、不活性ガス内に封止したるつぼ内のヒ素とガリウムの溶体から種結晶を用いて引き上げるものである。

 ヒ化ガリウムにpn接合をつくるにはイオン打ち込みが用いられ、発光素子に必要なエピタキシャル層を成長させるためには、分子線エピタキシー(MBE)や有機金属熱分解法(MOCVD)などが用いられている。ヒ化ガリウムはほかの元素と組み合わせた混晶がつくりやすく、またこれらを積層(ヘテロ接合)した微細構造の作成も容易である。このため、超格子、量子細線、量子箱の基本材料となり、可視光発光素子、電子波デバイス、単電子トランジスタなどの新デバイスの実現を可能にしている。

[岩田倫典]

『ノーマン・G・エインズプラチ編、金井康夫他訳『超LSIエレクトロニクス・製造技術編Ⅰ』(1983・現代工学社)』


出典 小学館 日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について 情報 | 凡例

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典 「ヒ化ガリウム」の意味・わかりやすい解説

ヒ化ガリウム
ヒかガリウム
gallium arsenide

化学式は GaAs。ガリウムヒ素ともいう。周期律表の第 III族元素のガリウム Ga と第V族元素のヒ素 As との金属間化合物で半導体。閃亜鉛鉱型構造の結晶格子 (格子定数 a=5.653Å ) をもち,融点 1238℃,比重 5.307,禁制帯幅 1.37eV ,電子の移動度 8500cm2/Vs ,正孔の移動度 420cm2/Vs 。半導体としてシリコンやゲルマニウムに比べて電子の移動度が著しく大きいため,直列抵抗と電子走行時間の小さいことが要求される高周波用トランジスタやダイオードの材料に適しており,禁制帯幅がシリコン,ゲルマニウムより大きいため,はるかに高温度まで半導体として使用できる。また,直接遷移型のエネルギー帯構造をもつため,電子と正孔の再結合による発光の効率が高く,発光ダイオードや半導体レーザーの材料に適し,伝導帯に約 0.36eV 離れた2つの谷 (エネルギーの極小点) があり,エネルギーの低い谷に比べてエネルギーの高い谷での電子移動度が非常に小さいため,2つの伝導帯谷間の電子遷移によって負性抵抗,いわゆるガン効果が生じる。これらの GaAs の特長を利用したショットキー・バリア・ダイオード,可変容量ダイオード,発光ダイオード,半導体レーザー,ガン効果ダイオードが次々と実用化されている。

出典 ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典について 情報

化学辞典 第2版 「ヒ化ガリウム」の解説

ヒ化ガリウム
ヒカガリウム
gallium arsenide

GaAs(144.65).ガリウムヒ素ともいう.H2 とAsの混合気体を約600 ℃ でGa2O3上を通すか,真空中でGaとAsとを反応させると得られる.帯溶融法やチョクラルスキー法で精製すると純粋な単結晶が得られる.金属光沢のある白灰色の立方晶系結晶.せん亜鉛鉱型構造.密度5.31 g cm-3a = 5.653 Å.モース硬さ4.5.融点1238 ℃.空気中,室温では安定で,600 ℃ 以上では酸化される.酸,アルカリ溶液に不溶,王水に可溶.溶融状態では石英やガラスを侵す.化合物半導体(Ⅲ-Ⅴ半導体)で,室温でのバンドギャップ1.38 eV.室温での比抵抗4×108 Ω cm.半導体素材としての各種の用途があり,マイクロ波発振素子,半導体レーザー素子,発光ダイオード,トランジスター,高速作動回路素子,ホール素子,太陽電池などに用いられる.[CAS 1303-00-0]

出典 森北出版「化学辞典(第2版)」化学辞典 第2版について 情報

今日のキーワード

青天の霹靂

《陸游「九月四日鶏未鳴起作」から。晴れ渡った空に突然起こる雷の意》急に起きる変動・大事件。また、突然うけた衝撃。[補説]「晴天の霹靂」と書くのは誤り。[類語]突発的・発作的・反射的・突然・ひょっこり・...

青天の霹靂の用語解説を読む

コトバンク for iPhone

コトバンク for Android