最後更新:2026年10月8日半導體材料化合物基板(SiC・GaN・藍寶石)

GaAs(砷化鎵)是什麼

Gallium Arsenide (GaAs)

GaAs(砷化鎵)是由鎵與砷組成的III-V族化合物半導體,屬於能隙約1.42eV的直接能隙型,電子遷移率約為矽的6倍。用於智慧型手機的RF功率放大器(HBT)與開關(pHEMT)、紅外線LED・VCSEL・半導體雷射,以及太空用太陽能電池,晶圓以6吋以下為主。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 常見問題
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

GaAs(砷化鎵)是由鎵(Ga)與砷(As)組成的13-15族(III-V族)化合物半導體。室溫下的能隙約1.42eV,屬於直接能隙型,電子遷移率約8,500cm²/V·s,約為矽的6倍。憑藉這2項特性,GaAs一直被用於高頻運作的電晶體與發光元件兩方面。

高頻用途的代表,有智慧型手機發射用的功率放大器(GaAs HBT)、天線開關(pHEMT),以及衛星通訊與雷達的放大器。GaAs與AlGaAs的晶格常數幾乎相同,容易形成優質的異質接面,能充分發揮HEMT與HBT的性能。在光學用途方面,利用其直接能隙、發光效率高的特點,用於紅外線LED、CD與DVD用的半導體雷射,以及臉部辨識與資料通訊用的垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)。在太空用多接面太陽能電池中,GaAs也是核心材料。

GaAs單晶是以液封柴可拉斯基法(LEC法)或垂直梯度凝固法(VGF法)製作,晶圓以直徑150mm(6吋)以下為主。其弱點是比矽易碎、熱導率低至約3分之1,以及無法形成優質的絕緣膜(氧化膜)而難以製作MOSFET,因此電晶體是以蕭特基閘極的MESFET或HEMT形式製作。元件製造少不了以MOCVD或MBE進行的磊晶成長。由於含砷,加工廢料與廢液的處理也需注意。主要的基板廠商有住友電氣工業等,元件方面有Skyworks、Qorvo,晶圓代工則以穩懋(WIN Semiconductors)等為人所知。

GaAs(砷化鎵)的常見問題

為什麼智慧型手機會使用GaAs?
因為電子遷移率比矽大,即使在高頻下也能有效率地放大功率。與AlGaAs等形成異質接面來製作HBT或HEMT,就能實現手機發射用功率放大器與天線開關所需的高輸出・低損耗。
GaAs和GaN有什麼不同?
GaAs的能隙約1.42eV,適合智慧型手機等功率相對較低的高頻用途,以及紅外線發光元件。GaN的能隙約3.4eV,屬於寬能隙半導體,能承受高電壓・大功率,因此用於基地台的放大器、功率半導體與藍光LED。

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