ガリウムヒ素

過剰なヒ素が存在すると、GaAsインゴットは結晶学的欠陥、具体的にはヒ素アンチサイト欠陥（結晶格子内のガリウム原子位置にあるヒ素原子）を伴って成長します。これらの欠陥の電子特性（他の欠陥との相互作用）により、フェルミ準位はバンドギャップの中心付近に固定されるため、このGaAs結晶は電子と正孔の濃度が非常に低くなります。この低いキャリア濃度は、真性（完全に無添加）結晶に似ていますが、実際にははるかに容易に実現できます。これらの結晶は、10⁷ ^～ 10⁹Ω^・cmという高い抵抗率（半導体としてはかなり高い値ですが、ガラスのような真の絶縁体よりははるかに低い値です）を反映して、「半絶縁性」と呼ばれます。^{[ 16 ]}

GaAsの工業的な湿式エッチングでは、過酸化水素や臭素水などの酸化剤が使用され、 ^{[ 17 ]}同様の戦略が、GaAsを含むスクラップ部品の処理に関する特許にも記載されており、Ga ³⁺例えば、ヒドロキサム酸（「HA」）と錯体を形成する。 ^{[ 18 ]}

GaAs + H₂ O₂ + "HA" → "GaA" 錯体 +H₃ AsO₄ + 4H₂ O

この反応によりヒ酸が生成される。^{[ 19 ]}

GaAsは様々なトランジスタタイプに使用できます。^{[ 20 ]}

• 金属半導体電界効果トランジスタ（MESFET）
• 高電子移動度トランジスタ（HEMT）
• 接合型電界効果トランジスタ（JFET）
• ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)
• 金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）^{[ 21 ]}

HBTは集積型注入ロジック（I2L ^）に使用できます。

初期のGaAsロジックゲートはバッファードFETロジック（BFL）を使用していた。^{[ 20 ]}

1975年頃から1995年頃まで使用された主な論理ファミリーは次のとおりです。^{[ 20 ]}

• ソース結合型FETロジック（SCFL）は、最も高速かつ最も複雑な方式である（TriQuint社およびVitesse社で使用されている）。
• コンデンサ・ダイオードFETロジック（CDFL）（Cray社がCray-3で使用）
• 直接結合型FETロジック（DCFL）は、最もシンプルで消費電力も低い（Vitesse社がVLSIゲートアレイに使用）。

ガリウムヒ素（GaAs）トランジスタは、携帯電話や無線通信用のRFパワーアンプに使用されています。^{[ 32 ]} GaAsウェーハは、携帯電話や基地局用のレーザーダイオード、光検出器、無線周波数（RF）アンプに使用されています。 ^{[ 33 ]} GaAsトランジスタは、衛星通信やレーダーシステムで使用されるモノリシックマイクロ波集積回路（MMIC）や、微弱信号を増幅する低雑音増幅器（LNA）にも不可欠な部品です。^{[ 34 ] [ 35 ]}

ガリウムヒ素は、高コストで高効率の太陽電池にとって重要な半導体材料であり、単結晶薄膜太陽電池や多接合太陽電池に使用されています。^{[ 36 ]}

宇宙空間におけるGaAs太陽電池の最初の運用例は、 1965年に打ち上げられたベネラ3号ミッションである。クヴァント社製のGaAs太陽電池は、高温環境下での性能が高いことから選ばれた。^{[ 37 ]}その後、同じ理由でルノホート探査車 にもGaAsセルが使用された。

1970年、ソ連のジョレス・アルフェロフ率いるチームによってGaAsヘテロ構造太陽電池が開発され、^{[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]}はるかに高い効率が達成されました。1980年代初頭には、最高のGaAs太陽電池の効率が従来の結晶シリコンベースの太陽電池の効率を上回りました。1990年代には、GaAs太陽電池が衛星用途の太陽光発電アレイで最も一般的に使用されるセルタイプとしてシリコンに取って代わりました。その後、ゲルマニウムおよびインジウムガリウムリン化物層を備えたGaAsベースのデュアルジャンクションおよびトリプルジャンクション太陽電池が開発され、トリプルジャンクション太陽電池の基礎となりました。この太陽電池は32%を超える記録的な効率を持ち、2,000太陽光に相当する集光光でも動作できます。この種の太陽電池は、火星の表面を探査した火星探査ローバーのスピリットとオポチュニティに電力を供給しました。また、ハッブル宇宙望遠鏡と同様に、多くのソーラーカーも太陽電池アレイにGaAsを使用している。 ^{[ 41 ]}

GaAsベースのデバイスは、単接合太陽電池の最高効率で世界記録の29.1%（2019年時点）を保持しています。この高効率は、極めて高品質なGaAsエピタキシャル成長、AlGaAsによる表面パッシベーション^{[ 42 ]}、および薄膜設計による光子リサイクルの促進^{[ 43 ]}によるものです。GaAsベースの太陽光発電は、光から電気への変換効率でも最高（2022年時点）を達成しており、フラウンホーファー太陽エネルギーシステム研究所の研究者らは、波長858ナノメートルの単色レーザー光をGaAs薄膜太陽電池に照射した際に68.9%の効率を達成しました^{[ 44 ] 。}

現在、多接合型 GaAs セルは既存の太陽電池の中で最高の効率を誇り、その傾向は当面続くと予想されています。^{[ 45 ]} 2022 年、ロケット ラボは逆メタモルフィック多接合 (IMM) 技術に基づき、33.3% の効率を持つ太陽電池を発表しました。 ^{[ 46 ]} IMM では、まず格子整合 (同じ格子定数) した材料を成長させ、次に格子不整合した材料を成長させます。最上部のセルである GaInP を最初に成長させ、GaAs 基板に格子整合させ、次に格子不整合が最小限の GaAs または GaInAs の層を成長させ、最後の層は格子不整合が最大になります。^{[ 47 ]}成長後、セルは二次ハンドルに取り付けられ、GaAs 基板が取り外されます。 IMMプロセスの主な利点は、格子不整合に応じた逆成長によって、より高いセル効率を実現できる点にある。

量子井戸を用いたAl _x Ga _1−x As-GaAsデバイスの複雑な設計は、赤外線放射に敏感である可能性がある（QWIP）。

GaAsダイオードはX線検出に使用できる。^{[ 48 ]}

GaAsは1962年以来、近赤外線レーザーダイオードの製造に使用されてきました。^{[ 57 ]}これらの用途では、他の半導体化合物との合金としてよく使用されます。

シリコン供与原子（Gaサイト）とホウ素受容原子（Asサイト）をドープしたN型GaAsは、電離放射線に反応してシンチレーション光子を放出します。極低温では、既知のシンチレーターの中で最も明るいものの1つであり^{[ 58 ] [ 59 ] [ 60 ]}、相互作用する暗黒物質からのまれな電子励起を検出するための有望な候補です^{[ 61 ]}。その理由は、次の6つの重要な要因によるものです。

1. GaAs中のシリコンドナー電子の結合エネルギーは、既知のn型半導体の中で最も低い部類に入る。8 × 10 ^{15 個}/cm ³は「凍結」されず、極低温でも非局在のままです。^{[ 62 ]}
2. ホウ素とガリウムは第III族元素であるため、不純物としてのホウ素は主にガリウムサイトを占めます。しかし、十分な数のホウ素がヒ素サイトを占め、価電子帯からのイオン化イベントの正孔を効率的に捕捉するアクセプターとして機能します。^{[ 63 ]}
3. 価電子帯からのイオン化イベントホールを捕捉した後、ホウ素アクセプターは非局在化ドナー電子と放射的に結合して、極低温バンドギャップエネルギー（1.52 eV）より0.2 eV低い光子を生成することができる。これは、GaAs結晶に吸収されないシンチレーション光子を生成する効率的な放射プロセスである。^{[ 59 ] [ 60 ]}
4. 準安定な放射中心は非局在化電子によってすぐに消滅するため、残光は発生しない。これは熱誘起発光がないことからも明らかである。^{[ 58 ]}
5. N型GaAsは高い屈折率（約3.5）を持ち、狭ビーム吸収係数は自由電子密度に比例し、通常は数個/cmである。^{[ 64 ] [ 65 ] [ 66 ]}シンチレーション光子のほぼすべてが結晶内に捕捉されて吸収されると予想されるが、そうではない。最近のモンテカルロ法とファインマン経路積分計算では、狭ビーム吸収の大部分が絶対吸収ではなく、伝導電子による新しいタイプの光散乱であり、その断面積が約5×10⁻¹⁸ cm²で^{シンチレーション}光子が全反射を回避できるとすれば^、高い輝度を説明できることが示されている。^{[ 67 ] [ 68 ]}この断面積はトムソン散乱の約10⁷^倍大きいが、金属ミラー内の伝導電子の光断面積に匹敵する。^{[ 69 ]}
6. N型GaAs(Si,B)は、商業的には10kg の結晶インゴットとして製造され、電子回路の基板として薄いウェハにスライスされる。酸化ホウ素は、結晶成長中のヒ素の損失を防ぐための封止材として使用されるが、シンチレーション用のホウ素アクセプターを提供するという利点もある。

この目的のために、光ファイバー温度センサーの光ファイバー先端にはガリウムヒ素結晶が取り付けられています。850  nmの光波長から、GaAsは光学的に半透明になります。バンドギャップのスペクトル位置は温度に依存するため、約0.4  nm/Kだけシフトします。測定装置には、光源とバンドギャップのスペクトル検出装置が含まれています。バンドギャップの変化（0.4  nm/K）に応じて、アルゴリズムが温度を計算します（すべて250 ms）。^{[ 70 ]}

GaAsはスピン電荷変換器において白金の代わりに使用でき、より調整可能であるため、スピントロニクスへの応用が期待される。 ^{[ 71 ]}

GaAsは進行波増幅器の製造に効果的に利用されてきた。^{[ 72 ] [ 73 ]}