半導体材料一覧

半導体材料は、名目上はバンドギャップの 小さい絶縁体です。半導体材料の決定的な特性は、不純物を添加することで電子特性を制御可能な方法で変化させることができる点です。 ^{[ 1 ]}トランジスタ、レーザー、太陽電池などのデバイスにおいてコンピュータや太陽光発電産業 で応用されているため、新しい半導体材料の探索と既存材料の改良は、材料科学における重要な研究分野となっています。

最も一般的に使用される半導体材料は、結晶性の無機固体である。これらの材料は、構成原子の周期表の族に基づいて分類される。

半導体材料はそれぞれ特性が異なります。そのため、シリコンと比較すると、化合物半導体には長所と短所があります。例えば、ガリウムヒ素（GaAs）はシリコンよりも電子移動度が6倍高く、より高速な動作が可能です。また、バンドギャップが広いため、高出力デバイスを高温で動作させることができ、室温では低出力デバイスの熱雑音を低減できます。直接バンドギャップであるため、シリコンの間接バンドギャップよりも優れた光電子特性を持ちます。さらに、バンドギャップ幅を調整可能な三元系および四元系合金にすることができ、選択した波長で発光させることが可能で、光ファイバーを通して最も効率的に伝送される波長に合わせることができます。GaAsは半絶縁体として成長させることも可能で、GaAsデバイスの格子整合絶縁基板として適しています。一方、シリコンは頑丈で安価で加工しやすいのに対し、GaAsは脆く高価であり、酸化膜を成長させるだけでは絶縁層を作ることができません。そのため、GaAsはシリコンでは不十分な場合にのみ使用されます。^{[ 2 ]}

複数の化合物を合金化することで、一部の半導体材料は、バンドギャップや格子定数などを調整できます。その結果、三元系、四元系、あるいは五元系の組成が得られます。三元系組成では、関係する二元系化合物の範囲内でバンドギャップを調整できます。ただし、直接バンドギャップ材料と間接バンドギャップ材料の組み合わせの場合、間接バンドギャップが優勢になる比率があり、光電子デバイスに使用できる範囲が制限されます。たとえば、AlGaAs LED は、この制限により660  nm に制限されます。化合物の格子定数も異なる傾向があり、混合比に依存する基板との格子不整合により、不整合の大きさに依存する量の欠陥が発生します。これは、達成可能な放射再結合と非放射再結合の比率に影響を与え、デバイスの発光効率を決定します。四元系以上の組成では、バンドギャップと格子定数を同時に調整できるため、より広い波長範囲で放射効率を高めることができます。例えば、AlGaInPはLEDに使用されます。生成される光の波長に対して透明な材料は、材料のバルクから光子をより効率的に抽出できるため有利です。つまり、このような透明な材料では、光の生成は表面だけに限定されません。屈折率も組成に依存し、材料からの光子の抽出効率に影響を与えます。^{[ 3 ]}

• 第III族元素半導体、（B）
• 第IV族元素半導体（C、Si、Ge）
• 第IV族化合物半導体
• 第VI族元素半導体（SeおよびTe）
• III - V族半導体：高い化学量論比で結晶化し、その多くはn型とp型の両方として得ることができます。多くは高いキャリア移動度と直接的なエネルギーギャップを持ち、光電子工学に有用です。（参照：Template:III-V compounds）
• II - VI族半導体：通常はp型だが、ZnTeとZnOはn型である。
• I – VII半導体
• IV - VI族半導体
• V - VI族半導体
• II - V族半導体
• I–III–VI ₂半導体
• 酸化物
• 層状半導体
• 磁性半導体
• 有機半導体
• 電荷移動錯体
• MOFの一部。
• その他

化合物半導体は、少なくとも2種類の異なる化学元素から構成される半導体化合物です。これらの半導体は、周期表の13～15族（旧称IIIA～VA族）に属します。これらの元素は、二元系（2元素、例えばガリウム(III)ヒ化物（GaAs））、三元系（3元素、例えばインジウムガリウムヒ化物（InGaAs））、四元系（4元素）合金（例えばアルミニウムガリウムインジウムリン化物（AlInGaP））やインジウムヒ化アンチモンリン化物（InAsSbP）など）を形成できるため、可能な組成式の範囲は非常に広くなっています。III-V族化合物半導体の特性は、IV族化合物半導体の特性と類似しています。これらの化合物、特にII-VI族化合物ではイオン性が高いため、イオン性の低い化合物に比べて基本バンドギャップが大きくなる傾向があります。^{[ 4 ]}

以下の半導体システムは、ある程度調整可能であり、単一の材料ではなく、材料のクラスを表している。

• ヘテロ接合
• 有機半導体
• 半導体特性評価技術