Arseniuro de galio: propiedades, estructura y aplicaciones

Estructura cristalina y carácter electrónico

El GaAs cristaliza con mayor frecuencia en la estructura zincblenda (cúbica), que proporciona una banda prohibida electrónica directa. Esta banda prohibida directa hace que el GaAs sea eficiente para emitir y absorber luz, lo que lo distingue de los semiconductores de banda prohibida indirecta, como el silicio. El material también ofrece una movilidad electrónica mayor que la del silicio, lo que mejora el rendimiento a altas frecuencias. Para información de fondo sobre los elementos constituyentes, véase galio y arseniuro.

Preparación y procesamiento

Los cristales individuales y las películas epitaxiales de GaAs se producen habitualmente mediante técnicas como la epitaxia de haces moleculares (MBE) y la deposición química de vapor metalorgánica (MOCVD). Estos métodos permiten un control preciso de la composición, el dopaje y la formación de heteroestructuras (por ejemplo, capas AlGaAs/GaAs). El dopaje con donadores o aceptadores adapta la conductividad eléctrica a funciones concretas del dispositivo. Véanse también materiales descritos como iones en compuestos iónicos/covalentes.

Usos y aplicaciones

• Optoelectrónica: los diodos emisores de luz (LED), los diodos láser y los fotodetectores se benefician de la banda prohibida directa del GaAs.
• Electrónica de alta frecuencia: los circuitos integrados de microondas y ondas milimétricas, el radar y los transceptores de satélite aprovechan su alta movilidad electrónica.
• Células solares: las células fotovoltaicas de grado espacial suelen usar GaAs por su resistencia a la radiación y su alta eficiencia.
• Dispositivos de investigación: heteroestructuras, pozos cuánticos y transistores de alta movilidad electrónica (HEMT) se fabrican usando GaAs o aleaciones relacionadas.

Seguridad y datos destacados

Los compuestos de arsénico pueden ser tóxicos, por lo que la síntesis y el procesamiento del GaAs requieren controles adecuados para limitar la exposición y la liberación al medioambiente. El material también es una base de muchas tecnologías de semiconductores compuestos y suele alearse, por ejemplo con aluminio o indio, para ajustar las propiedades electrónicas y ópticas. Para más detalles técnicos sobre los estados de oxidación y el enlace, consulte fuentes sobre el estado de oxidación del galio en compuestos.

Por su combinación de propiedades ópticas y electrónicas, el GaAs sigue siendo importante en aplicaciones especializadas en las que el rendimiento a alta frecuencia, la alta eficiencia en la emisión de luz o la resistencia en entornos espaciales compensan su mayor coste en comparación con el silicio.