Galliumarsenid

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Die binäre Verbindung Galliumarsenid (GaAs) ist ein Halbleiter. Darauf aufbauende Verbindungen und Epitaxie-Schichten sind das Ausgangsprodukt zur Herstellung elektronischer Bauelemente für Hochfrequenz-Anwendungen und für die Umwandlung von elektrischen in optische Signale.

Gallium-Arsenid kristallisiert in der Zinkblende-Struktur, das heißt, es besteht aus zwei ineinandergestellten kubisch-flächenzentrierten Gittern, je mit Gallium (Gruppe III) bzw. Arsen-Atomen (Gruppe V) besetzt, die um ein Viertel der Raumdiagonalen der kubischen Einheitszelle gegeneinander verschoben sind. Die Gitterkonstante beträgt bei Raumtemperatur 5,65330 Ångström. Das spezifische Gewicht ist 5,32 g/cm³. Die Energielücke beträgt 1,514 eV. In der Grundlagenforschung und der Halbleiterindustrie wird GaAs vor allem im Rahmen des Materialsystems Aluminium-Gallium-Arsenid zur Herstellung von Halbleiter-Heterostrukturen verwendet.

Schnell schaltende Bauteile, zehnmal schneller als Silizium, die zudem noch einen geringeren Energiebedarf aufweisen, gelten als wichtiger Grundstoff für die Telekommunikation. In leistungsfähigen Mobiltelefonen basieren die Bauelemente (Integrierter Schaltkreis) für den Empfang und das Senden von Signalen auf Gallium-Arsenid. Darüber hinaus wird Gallium-Arsenid benutzt, um mit Hilfe von Lasern und oberflächenemittierenden Lasern (VCSEL) Informationen durch Glasfasernetze zu senden sowie Satelliten mit Energie aus hochspezialisierten Solarzellen (Photovoltaik) zu versorgen. Selbst in alltäglichen Anwendungen, wie das Abspielen einer CD, sorgt ein Laser aus Gallium-Arsenid für den Musikgenuss. Ein weiteres wichtiges Produkt sind Leuchtdioden.

Die Herstellung von Gallium-Arsenid erfolgt durch Synthese der beiden Elemente Gallium und Arsen und daran anschließende Kristallzucht mit Hilfe von Ziehverfahren nach Czochralski und Bridgman. Auf die so produzierten Wafer können in der Molekularstrahlepitaxie-Anlage GaAs oder AlGaAs in nahezu perfekter, einkristalliner Qualität aufgewachsen werden. Überlicherweise geschieht dies mit einer Rate von ca. 1 μm/h.

Literatur

Sadao Adachi, GaAs and related materials, World Scientific, Singapore, 1994.

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