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。半導体材料の特徴は、不純物をドーピングすることで電子特性を制御可能な形で変化させることができることです。 ^[1]コンピュータや太陽光発電産業（トランジスタ、レーザー、太陽電池などのデバイス）での応用により、新しい半導体材料の探索と既存材料の改良は材料科学の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無機固体です。これらの材料は、構成原子の周期表のグループに従って分類されます。

半導体材料はそれぞれ特性が異なります。したがって、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。たとえば、ガリウムヒ素(GaAs) はシリコンの 6 倍の電子移動度を持ち、動作が高速化します。バンドギャップが広いため、パワーデバイスを高温で動作させることができ、低電力デバイスでは室温で熱雑音が低くなります。直接バンドギャップは、シリコンの間接バンドギャップよりも有利な光電子特性をもたらします。三元および四元組成に合金化でき、バンドギャップ幅を調整できるため、選択した波長で発光することができ、光ファイバーで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 は半絶縁性形態で成長させることもできるため、GaAs デバイスの格子整合絶縁基板として適しています。逆に、シリコンは堅牢で安価で加工が容易ですが、GaAs は脆く高価で、酸化物層を成長させるだけでは絶縁層を作成できません。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により、一部の半導体材料は、例えばバンドギャップや格子定数を調整できます。その結果、3元、4元、さらには5元組成が得られます。3元組成では、関連する2元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を組み合わせた場合は、間接バンドギャップが優勢になる比率があり、オプトエレクトロニクスに使用できる範囲が制限されます。たとえば、AlGaAs LEDはこれによって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に対する格子不整合により、不整合の大きさに依存する量の欠陥が発生します。これが、達成可能な放射/非放射再結合の比率に影響を及ぼし、デバイスの発光効率を決定します。4元以上の組成では、バンドギャップと格子定数を同時に調整できるため、より広い範囲の波長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、材料全体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]

半導体材料の種類

III族元素半導体（B）
IV族元素半導体（C、Si、Ge）
IV族化合物半導体
VI族元素半導体（SeおよびTe）
III - V半導体: 高い化学量論比で結晶化し、ほとんどがn 型とp 型の両方として得られる。多くは高いキャリア移動度と直接エネルギーギャップを持ち、オプトエレクトロニクスに有用である。 (テンプレート:III-V 化合物も参照。)
II - VI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半導体
V - VI半導体
II - V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

化合物半導体は、少なくとも 2 つの異なる種の化学元素で構成される半導体化合物です。これらの半導体は、例えば周期表の13 ～ 15 族 (旧 III ～ V 族) の元素、例えばホウ素族(旧 III 族、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム) や15 族(旧 V 族、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス) の元素から構成されます。これらの元素は、2 元 (2 つの元素、例えばガリウム (III) ヒ素(GaAs))、3 元 (3 つの元素、例えばインジウムガリウムヒ素(InGaAs))、および 4 元合金 (4 つの元素、例えばアルミニウムガリウムインジウムリン(AlInGaP)) やインジウムヒ素アンチモンリン(InAsSbP) を形成できるため、可能な化学式の範囲は非常に広くなります。 III-V族化合物半導体の特性は、IV族化合物半導体と似ています。これらの化合物、特にII-VI族化合物の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]

製作

有機金属気相成長法（MOVPE）は、デバイス用の複合半導体薄膜の形成に最もよく使われる堆積技術です。^{[要出典]この技術では、}水素などの雰囲気ガス中で超高純度の有機金属や水素化物を前駆体原料として使用します。

他に選択できる技術としては、次のようなものがあります。

半導体材料表

半導体合金系表

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ます。

参照

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