砷化镓材料
砷化镓
镓镓在地壳中的含量不算太少，约占十万分之二，比锡还多。
可是，提炼镓却比提炼锡困难得多，这是因为镓在大自然中很分散，没有形成集中的镓矿。
平时，在某些煤灰、铁矿、锑铅矿、铜矿中，含有少量镓。
镓在常温下，看上去象一块锡，如果你想把它放在手心里，它马上就熔化了，成为银亮的小珠。
原来镓的熔点很低，只有29．8℃。
镓的熔点虽然很低，可是沸点却非常高，竟高达2070℃!人们就利用镓的这个特性来制造测量高温的温度计，人们常用这种温度计来测量反应炉、原子反应堆的温度。
镓具有较好的铸造特性，由于它“热缩冷胀”，被用来制造铅字合金，使字体清晰。
在原子能工业中，用镓作为热传导介质，把反应堆中的热量传导出来。
镓与许多金属，如铋、铅、锡、镉，铟、铊等，生成熔点低于60℃的易熔合金。
其中如含铟25％的镓铟合金(熔点16℃)，含锡8％的镓锡合金(熔点20℃)，可以用在电路熔断器和各种保险装置上，温度一高，它们就会自动熔化断开，起到安全保险的作用。
砷化镓（gallium arsenide）化学式 GaAs。
黑灰色固体，熔点 1238℃。
它在600℃以下，能在空气中稳定存在，并且不为非氧化性的酸侵蚀。
砷化镓可作半导体材料，性能比硅更优良。
它的禁带宽度大，电子迁移率高，介电常数小，能引入深能级杂质，电子有效质量小，能带结构特殊，具有双能谷导带，可以制备发光器件、半导体激光器、微波体效应器件、太阳能电池和高速集成电路等，广泛用于雷达、电子计算机、人造卫星、宇宙飞船等尖端技术中。
GaAs拥有一些比Si还要好的电子特性，如高的饱和电子速率及高的电子移动率，使得GaAs可以用在高于250 GHz的场合。
如果等效的GaAs和Si元件同时都操作在高频时，GaAs会拥有较少的噪声。
也因为GaAs有较高的崩溃电压，所以GaAs比同样的Si元件更适合操作在高功率的场合。
因为这些特性，GaAs电路可以运用在移动电话、卫星通讯、微波点对点连线、雷达系统等地方。
砷化镓 前景
砷化镓前景砷化镓（GaAs）是一种半导体材料，具有广泛的应用前景。
以下是砷化镓在不同领域的前景。
1. 光电子学砷化镓是光电子学领域中的关键材料之一。
由于其能隙匹配与光的能量范围，砷化镓被广泛应用于光电探测器、光电二极管、光电倍增管等器件中。
它具有良好的光电转换效率和快速的响应速度，可用于光通信、光纤传感和光电显示等领域。
2. 太阳能电池砷化镓太阳能电池具有光电转换效率高、能量损失小等优点，已成为太阳能领域的热门研究方向。
砷化镓太阳能电池在高光照度和室温下表现出色，并且对光谱范围较宽，可在较高温度下运作。
因此，砷化镓太阳能电池有望成为替代传统硅太阳能电池的高效能源选择。
3. 通信和雷达系统砷化镓在通信和雷达系统中的应用已得到广泛验证。
它具有高频高速度的特性，可用于高速数据传输、卫星通信和雷达系统。
砷化镓集成电路与频率可达60 GHz及以上，可以实现更高效的通信和雷达系统。
4. 微波集成电路砷化镓广泛应用于微波集成电路中。
它的高电子迁移率、高饱和漂移速度和良好的线性特性使得砷化镓电路在射频和微波应用中具有竞争力。
砷化镓微波集成电路可用于无线通信、高速数据处理和雷达系统等领域。
5. 传感器技术由于砷化镓具有高电子迁移率和高饱和漂移速度，它在传感器技术中具有广泛应用前景。
砷化镓传感器对温度、压力、光强度和气体浓度等物理量的检测具有高灵敏度和快速响应的特点，可应用于环境监测、生物医学和军事领域。
总之，砷化镓作为一种优良的半导体材料，在光电子学、太阳能电池、通信和雷达系统、微波集成电路和传感器技术等领域具有广阔的应用前景。
随着科学技术的不断发展，砷化镓的性能和应用将进一步得到优化和拓展。
砷化镓
产业发展存在的问题
1
2 制备费用高居不下
砷有毒，一般的企业不愿投产
3
4
构造隧道结和阻止p/n结难度大
追日跟踪系统实施有难度 政策不明确，多晶· 硅依赖进口
5
解决方案：
.广大的相关科研机构 合作攻关，做好镓的高 纯提取
国家策支持明细化鼓 励各地新建光伏电站 采用砷化镓光伏电池
对策
加大技术攻关，简化制 备工艺，减小电池系统 复杂度，降低电池制备 耗费
提高工厂生产的智能化、 自动化，减少生产直接 接触人员
应用情况：
砷化镓器件主要包括光电器件和微波器 件两大类。砷化镓以及其他Ⅲ-Ⅴ族化合 物具有直接跃迁的能带结构，在光电应 用方面处于有利的地位。
砷化镓太阳能电池
国内、外应用：
70 年代中期至 90 年代中期 90 年代中期
国内均采用L PE技术研制GaAs 电池。 国内开始采用MOCVD 技术研制GaAs 电池。
20世纪60年代
20世纪70年代
世纪80年代后
性质与属性：
砷化镓材料的分类：
1. 按照应用领域不同分类 ：分为半绝缘砷化镓材料和低阻砷化镓材料。
• 第一类为半绝缘砷化镓材料约占整个GaAs 单晶材料市场需求的40 ％ 左右，主要用于微波场效应器件（FET）、模拟集成电路、数字集成 电路、光电子集成电路（OEIC）。 • 第二类为低阻（掺杂半导体）砷化镓材料，约占GaAs 材料的64％。 主要用于发光二极管（LED）、激光器、太阳能电池光电探测器 （PD）、微波二极管等器件。 2. 按照工艺方法不同的分类: 目前国内常用的砷化镓晶体生长方法有三种，LEC法（俗称为直拉）、 HB法（俗称为水平法）和VB法或VGF法（俗称为垂直）。
砷化镓材料
❖ 位错：一系列连续的点缺陷贯穿晶体某一区域,就 形成了位错。位错的存在,相当于在半导体内部形 成了一个散射通道,这将会加速半导体中载流子的 散射。如果用能带理论去描述的话,就相当于在禁 带中引入了一个捕获中心,这样会改变晶片刻蚀时 的性能效果,直接导致的后果是改变了器件的电性 能。
❖ 由有效质量的定义， ❖1/m*n =1/ ħ² ∙ d²E/dk²
❖a=dv/dt=1/ ħ ∙ d(dE/dk)/dt=f/ ħ² ∙ d²E/dk²
❖ a=f/m*n
❖
缺陷
❖点缺陷：Asᵢ(砷间隙)、AsGa（砷代镓位）、 VAs VGa、Gai及GaAi（镓代砷位），对于Ⅱ一V族半 导体中每一种元素的原子来说都可处于三种不同 的间隙位置，两种是四面体间隙，一种是六角间 隙。同一种杂质代替Ⅲ族元素的原子与代替V族 元素的原子之后的物理性质也是截然不同的。
Co, Ni等，是GaAs中主要的深受主杂质。
❖ 从图2可以看出： ❖ GaAs里的缺陷、缺陷一杂质络合物，大多数起深
受主作用;这些能级大多同砷空位(VAs)和稼空位 (VGa)相关。因此，在解决了化学杂质对材料性质 (纯度等)的控制之后，要想进一步提高GaAs的质 量，就必须抑制VAs和VGa的产生;
❖ 回旋共振 ❖ 将一块半导体样品置于均匀恒定的磁场中，设磁
感应强度为B，如半导体电子初速度为v, v与B间 夹角为Θ，则电子受到的磁场力f为
❖f=-qv x B ❖电子沿磁场方向以速度v|| =vcos Θ做匀速运动，
在垂直于B的平面内做匀速圆周运动，运动轨迹 是一螺旋线。设圆周半径为r，回旋频率为ωc则 v⊥ =r ωc ，向心加速度a= v⊥ ²/r。
砷化镓
砷化镓和磷化镓是具有电致发光性能的半导体。
砷化镓发光二极管量子效率高、器件结构精巧简单、 机械强度大、使用寿命长，可应用于“光电话”。在 不便敷设电缆的地方或原有通信线路发生障碍时，可 用光电话通信，如在远洋船舶间或飞机间通话使用。 光电话应用的最突出实例是地面控制站与宇宙火箭在 大气层中加速或制动这段时间内的联系。那时火箭周
原 因
大多数产品不必太快。
砷化镓含有对人类有害的砷 元素，处理增加成本。
半导体材料特性
砷化镓于 1964 年进入实用阶段。砷化
镓可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以
上的半绝缘高阻材料 , 用来制作集成电路衬
底、红外探测器、γ光子探测器等。由于其 电子迁移率比硅大约 7倍，故在制作微波器 件和高速数字电路方面得到重要应用。
砷化镓是制作高温、高频、抗辐射和低噪声器 件的良好材料。 特别是它的能带具有双能谷结构， 又属于直接带隙材料，故可制作体效应器件，高效 激光器和红外光源。砷化镓还可用来制作雪崩二极 管、场效应晶体管、变容二极管、势垒二极管等微 波器件和太阳电池等。与锗、硅相比，砷化镓具有 更高的电子迁移率，因此它是制作高速计算机用集 成电路的重要材料。
载流子迁移率高，适合于做高速IC，如：飞机控制和超 高速计算机；是半绝缘的，使临近器件的漏电最小化，允 许更高的封装密度。 砷化镓 最大频率范围 最大操作温度 电子迁移率 功率损耗 材料成本 2-300 GHz 200℃ 8500 小 高 硅 <1GHz 120℃ 1450 大 低
砷化镓的单晶生产
直径GaAs单晶。其中以低位错密度的HB方法生长的
2～3英寸的导电砷化镓衬底材料为主。
Ⅲ-Ⅴ族化合 物在高温时 会发生部分 离解，因此， 在讨论它们 的相平衡关 系时，还必 须考虑蒸汽 压这一因素。
砷化镓简介
砷化镓（gallium arsenide）化学式 GaAs。
黑灰色固体，熔点1238℃。
它在600℃以下，能在空气中稳定存在，并且不为非氧化性的酸侵蚀。
砷化镓简介一种重要的半导体材料。
属Ⅲ－Ⅴ族化合物半导体。
化学式GaAs，分子量144.63，属闪锌矿型晶格结构，晶格常数5.65×10-10m，熔点1237℃，禁带宽度1.4电子伏。
砷化镓于1964年进入实用阶段。
砷化镓可以制成电阻率比硅、锗高3个数量级以上的半绝缘高阻材料,用来制作集成电路衬底、红外探测器、γ光子探测器等。
由于其电子迁移率比硅大5～6倍，故在制作微波器件和高速数字电路方面得到重要应用。
用砷化镓制成的半导体器件具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。
此外，还可以用于制作转移器件──体效应器件。
砷化镓是半导体材料中,兼具多方面优点的材料,但用它制作的晶体三极管的放大倍数小，导热性差，不适宜制作大功率器件。
虽然砷化镓具有优越的性能，但由于它在高温下分解，故要生长理想化学配比的高纯的单晶材料，技术上要求比较高。
砷化镓单晶生产技术中国掌握“半导体贵族”砷化镓单晶生产技术作为第二代半导体，砷化镓单晶因其价格昂贵而素有“半导体贵族”之称。
昨天，2001年7月31日，中国科学家宣布已掌握一种生产这种材料的新技术，使中国成为继日本、德国之后掌握这一技术的又一国家。
北京有色金属研究总院宣布，国内成功拉制出了第一根直径4英寸的VCZ半绝缘砷化镓单晶。
据专家介绍，砷化镓可在一块芯片上同时处理光电数据，因而被广泛应用于遥控、手机、DVD计算机外设、照明等诸多光电子领域。
另外，因其电子迁移率比硅高6倍，砷化镓成为超高速、超高频器件和集成电路的必需品。
它还被广泛使用于军事领域，是激光制导导弹的重要材料，曾在海湾战争中大显神威，赢得“砷化镓打败钢铁”的美名。
据悉，砷化镓单晶片的价格大约相当于同尺寸硅单晶片的20至30倍。
尽管价格不菲，目前国际上砷化镓半导体的年销售额仍在10亿美元以上。
砷化镓无机非金属材料
砷化镓无机非金属材料砷化镓（Gallium Arsenide，GaAs）是一种无机非金属材料，由镓（Ga）和砷（As）元素组成。
它具有多种优良的性能和应用领域，如光电子学、半导体器件等。
本文将对砷化镓的性质、制备方法、应用领域进行全面详细的介绍。
1. 砷化镓的性质砷化镓在室温下为黑色结晶固体，具有以下主要性质：1.1 密度和晶体结构砷化镓的密度约为5.32克/立方厘米，其晶体结构属于锐钛矿型（Zinc Blende，ZB），由镓和砷原子以ABAB…排列方式组成。
晶格常数为5.65 Å。
1.2 波长范围砷化镓的带隙宽度较窄，约为1.43电子伏特（eV），相当于可见光的波长范围。
因此，砷化镓在可见光和近红外光谱范围内具有较好的光电转换性能。
1.3 电子迁移率和载流子浓度砷化镓具有较高的电子迁移率，在高电子浓度下可超过8,500 cm²/Vs，而在低电子浓度下也能保持较高的迁移率。
此外，它具有较低的载流子浓度，有助于减小电子设备的噪声和功耗。
1.4 热导率和导热系数砷化镓具有较高的热导率，约为50 W/m·K，使其在高功率应用中能够快速散热。
此外，它的热膨胀系数较小，使其与一些其他材料（如硅）具有较好的热匹配性。
1.5 光电器件性能由于砷化镓的带隙宽度较小，因此它具有良好的光电转换性能。
它的光电器件可以实现高速、高频率的光通信和激光器。
此外，砷化镓光电器件具有较高的光子产额和较低的消光比，使其在光电子学中得到广泛应用。
2. 砷化镓的制备方法砷化镓的制备方法主要包括化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，CVD）、分子束外延（Molecular Beam Epitaxy，MBE）和金属有机化学气相沉积（Metal Organic Chemical Vapor Deposition，MOCVD）等。
2.1 化学气相沉积化学气相沉积是一种常用的砷化镓制备方法。
砷化镓的参数
砷化镓的参数
砷化镓是一种重要的半导体材料，它在电子、电脑等电子设备中被广泛使用。
砷化镓的参数对于其工作的能力有着重要的影响，因此本文将为读者介绍这种材料的参数，包括其物理性能、化学性能和电学性能等。
首先，砷化镓的物理性质。
砷化镓通常是由AsH3和GeH4分子组成的一种化合物。
它的熔点很低，只有96.7℃，重量轻，比重仅为3.95。
砷化镓的总含碳量低，具有较高的抗氧化性、良好的电绝缘性、耐化学腐蚀性和耐热稳定性。
砷化镓的化学性能主要由它的化学式来决定，其化学式为GaAs，它是一种化学稳定性能良好的结构。
此外，砷化镓的抗氧化性能和耐蚀性也很强，可以有效抵抗外界的侵蚀和氧化。
最后，砷化镓的电学性能是其最关键的参数。
它具有非常高的电导率（该参数可以达到1000 S/cm），同时具有极好的耐热性能，最高耐热温度可达到400℃。
砷化镓的电阻率也非常低，可达到10-6
Ωcm。
总之，砷化镓的参数对于电子、电脑等电子设备的工作有着重要的影响。
它的物理性质、化学性质和电学性质的参数决定了它的性能、使用寿命以及稳定性。
为了使电子设备能够长期正常工作，制造商应科学选择砷化镓的参数，确保砷化镓在应用中具有最佳性能。
- 1 -。
砷化镓的参数
砷化镓的参数砷化镓是一种重要的半导体材料，它用于构建激光器、可调谐激光器和其他光电器件。
它具有高的载流子传输速率、高的光学质量因子和高的偏振纯度等优点，是半导体器件的优选材料。
然而，由于其特殊的电学、光学和热特性，目前仅有少数研究人员研究其参数。
砷化镓的结构是GaAs（GaAs）晶体层构成的。
GaAs晶体的晶格参数a是5.65，它的晶体密度为5.3×1022atoms/cm3，c/a比例为1.6017，介电常数介于11.8和12.9之间，带隙介于1.42和1.48之间。
由于GaAs晶体是非规则结构，它的层间载流子分布因子2.4×1014cm-2eV-1。
砷化镓的本征带隙是1.442eV，它的光电系数为0.96×10-10cm2/V。
砷化镓的热特性也比较特殊。
它对光辐射的吸收率比较低，热系数可以用0.32W/cm，热导率可以达到43.5W/mK。
它的电子量子效率可以高达0.63，然而，它的噪声level是3.3×104A/√Hz，属于中等水平。
此外，砷化镓的热分布也很有特点。
它的heatspreader特性主要是受晶体结构的影响。
它的热传递常数是2.3×1012 W/mK，它的热系数是0.65×102K/W，其最大热折射率是2.3，而其最小热折射率是0.9。
总之，砷化镓是不可缺少的光电子器件中的材料之一。
虽然研究相关参数的工作仍在进行中，但是我们可以从上述介绍的参数来了解，砷化镓具有良好的光学特性，以及理想的热特性，可以适用于多个应用场景。
它的参数也正在不断地为研究人员所重视，而它的应用前景也十分可观。
GaAs(砷化镓)
砷化镓太阳能电池
• 中文名称：
– 砷化镓太阳能电池
• 英文名称：
– gallium arsenide solar cell
• 定义：
– 以砷化镓为基体材料的太阳能电池。
• 砷化镓晶片发展前景 • 2010年5月，新一期英国《自然》杂志报告说，美国 研究人员研发出一种可批量生产砷化镓晶片的技术，克服 了成本上的瓶颈，从而使砷化镓这种感光性能比硅更优良 的材料有望大规模用于半导体和太阳能相关产业[2]。 • 美国伊利诺伊大学等机构研究人员报告说，他们开发 出的新技术可以生成由砷化镓和砷化铝交叠的多层晶体， 然后利用化学物质使砷化镓层分离出来，可同时生成多层 砷化镓晶片，大大降低了成本。这些砷化镓晶片可以像 “盖章”那样安装到玻璃或塑料等材料表面，然后可使用 已有技术进行蚀刻，根据需要制造半导体电路或太阳能电 池板。 • 不过，该技术目前还只能用于批量生产较小的砷化镓 晶片，如边长500微米的太阳能电池单元。下一步研究将 致力于利用新技术批量生产更大的砷化镓晶片。
• • • • • • • • • • • • • • • •
3 国外技术的进展 3. 1 单结GaAs 太阳电池 3. 1. 1 单结GaAs/ GaAs 太阳电池 20 世纪70～80 年代,以GaAs 单晶为衬底的单 结GaAs/ GaAs 太阳电池研制基本采用L PE 技术生 长,最高效率达到21 %。80 年代中期,已能大批量 生产面积为2 cm ×2 cm 或2 cm ×4 cm 的GaAs/ GaAs 电池,如美国休斯公司采用多片L PE 设备,年 产3 万多片2 cm ×2 cm 电池,最高效率达19 % ,平 均效率为17 %(AM0) ;日本三菱公司采用垂直分离 三室L PE 技术,一个外延流程可生产200 片2 cm × 2 cm GaAs 电池,最高效率达19. 3 % ,平均效率为 17. 5 %(AM0) 。此外,国外也用MOCVD 技术研制 GaAs/ GaAs 太阳电池,美国生产的GaAs/ GaAs 太阳 电池,批产的平均效率达到了17. 5 %(AM0) 。 3. 1. 2 单结GaAs/ Ge 太阳电池
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砷化镓材料1 引言化合物半导体材料的研究可以追溯到上世纪初，最早报导的是1910年由Thiel等人研究的InP材料。
1952年，德国科学家Welker首次把Ⅲ-Ⅴ族化合物作为一种新的半导体族来研究，并指出它们具有Ge、Si等元素半导体材料所不具备的优越特性。
五十多年来，化合物半导体材料的研究取得了巨大进展，在微电子和光电子领域也得到了日益广泛的应用。
砷化镓（GaAs）材料是目前生产量最大、应用最广泛，因而也是最重要的化合物半导体材料，是仅次于硅的最重要的半导体材料。
由于其优越的性能和能带结构，使砷化镓材料在微波器件和发光器件等方面具有很大发展潜力。
目前砷化镓材料的先进生产技术仍掌握在日本、德国以及美国等国际大公司手中，与国外公司相比国内企业在砷化镓材料生产技术方面还有较大差距。
2 砷化镓材料的性质及用途砷化镓是典型的直接跃迁型能带结构，导带极小值与价带极大值均处于布里渊区中心，即K=0处，这使其具有较高的电光转换效率，是制备光电器件的优良材料。
在300 K时，砷化镓材料禁带宽度为1.42 eV，远大于锗的0.67 eV和硅的1.12 eV，因此，砷化镓器件可以工作在较高的温度下和承受较大的功率。
砷化镓（GaAs）材料与传统的硅半导体材料相比，它具电子迁移率高、禁带宽度大、直接带隙、消耗功率低等特性，电子迁移率约为硅材料的5.7倍。
因此，广泛应用于高频及无线通讯中制做IC器件。
所制出的这种高频、高速、防辐射的高温器件，通常应用于无线通信、光纤通信、移动通信、GPS全球导航等领域。
除在I C产品应用以外，砷化镓材料也可加入其它元素改变其能带结构使其产生光电效应，制成半导体发光器件，还可以制做砷化镓太阳能电池。
表1 砷化镓材料的主要用途3 砷化镓材料制备工艺从20世纪50年代开始，已经开发出了多种砷化镓单晶生长方法。
目前主流的工业化生长工艺包括：液封直拉法（LEC）、水平布里其曼法（HB）、垂直布里其曼法（VB）以及垂直梯度凝固法（VGF）等。
3.1液封直拉法（Liquid Encapsulated Czochralski，简称LEC）LEC法是生长非掺半绝缘砷化镓单晶（SI GaAs）的主要工艺，目前市场上80%以上的半绝缘砷化镓单晶是采用LEC法生长的。
LEC法采用石墨加热器和PBN坩埚，以B2O3作为液封剂，在2MPa的氩气环境下进行砷化镓晶体生长。
LEC工艺的主要优点是可靠性高，容易生长较长的大直径单晶，晶体碳含量可控，晶体的半绝缘特性好。
其主要缺点是：化学剂量比较难控制、热场的温度梯度大（100~150 K/cm）、晶体的位错密度高达104以上且分布不均匀。
日本日立电线公司于1998年首先建立了6英寸LEC砷化镓单晶生产线，该公司安装了当时世界上最大的砷化镓单晶炉，坩埚直径400mm，投料量50公斤，生长的6英寸单晶长度达到350 mm。
德国Freiberger公司于2000年报道了世界上第一颗采用LEC工艺研制的8英寸砷化镓单晶。
3.2 水平布里其曼法（Horizontal Bridgman，简称HB）HB法是曾经是大量生产半导体（低阻）砷化镓单晶（SC GaAs）的主要工艺，使用石英舟和石英管在常压下生长，可靠性和稳定性高。
HB法的优点是可利用砷蒸汽精确控制晶体的化学剂量比，温度梯度小从而达到降低位错的目的。
HB砷化镓单晶的位错密度比LEC 砷化镓单晶的位错密度低一个数量级以上。
主要缺点是难以生长非掺杂的半绝缘砷化镓单晶，所生长的晶体界面为D形，在加工成晶片过程中将造成较大的材料浪费。
同时，由于高温下石英舟的承重力所限，难以生长大直径的晶体。
目前采用HB工艺工业化大量生产的主要是2英寸和3英寸晶体，报道的HB法砷化镓最大晶体直径为4英寸。
目前采用HB工艺进行砷化镓材料生产的公司已经不多，随着VB和VGF工艺的日渐成熟，HB工艺有被逐渐取代的趋势。
3.3 垂直布里其曼法（Vertical Bridgman，简称VB）VB法是上世纪80年代末开始发展起来的一种晶体生长工艺，将合成好的砷化镓多晶、B2O3以及籽晶装入PBN坩埚并密封在抽真空的石英瓶中，炉体垂直放置，采用电阻丝加热，石英瓶垂直放入炉体中间。
高温下将砷化镓多晶熔化后与籽晶进行熔接，然后通过机械传动机构由支撑杆带动石英瓶与坩埚向下移动，在一定的温度梯度下，单晶从籽晶端开始缓慢向上生长。
VB法即可以生长低阻砷化镓单晶，也可以生长高阻半绝缘砷化镓单晶。
晶体的平均EPD在5 000个/cm-2以下。
3.4 垂直梯度凝固法（Vertical Gradient Freeze，简称VGF）VGF工艺与VB工艺的原理和应用领域基本类似。
其最大区别在于VGF法取消了晶体下降走车机构和旋转机构，由计算机精确控制热场进行缓慢降温，生长界面由熔体下端逐渐向上移动，完成晶体生长。
这种工艺由于取消了机械传动机构，使晶体生长界面更加稳定，适合生长超低位错的砷化镓单晶。
VB与VGF工艺的缺点是晶体生长过程中无法观察与判断晶体的生长情况，同时晶体的生长周期较长。
目前国际上商用水平已经可以批量生产6英寸的VB/VGF砷化镓晶体，Freiberger公司在2002年报道了世界上第一颗采用VGF工艺研制的8英寸砷化镓单晶。
表2 GaAs单晶生长方法比较4 国内外砷化镓材料发展现状半绝缘砷化镓材料主要用于高频通信器件，受到近年民用无线通信市场尤其是手机市场的拉动，半绝缘砷化镓材料的市场规模也出现了快速增长的局面。
2003～2008年，半绝缘砷化镓市场需求增长了54%。
目前微电子用砷化镓晶片市场主要掌握在日本住友电工（Sumitomo Electric）、费里伯格（Freiberger Compound Materials ）、日立电线（Hitachi Cable）和美国AXT等四家大公司手中。
主要以生产4、6英寸砷化镓材料为主。
费里伯格公司供应LEC法生长的3、4、6英寸半绝缘砷化镓衬底，供应VGF法生长的4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。
住友供应VB法生长的4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。
日立电线供应LEC法生长的2、3、4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。
AXT供应VGF法生长的2、3、4、6英寸半绝缘砷化镓衬底。
表3 国际砷化镓材料主要生产厂商目前中国的砷化镓材料生产企业主要以LED用低阻砷化镓晶片为代表的低端市场为主，利润率较高的微电子用4～6英寸半绝缘晶片还没有形成产业规模。
中国大陆从事砷化镓材料研发与生产的公司主要有：北京通美晶体技术有限公司（AXT）、中科晶电信息材料（北京）有限公司、天津晶明电子材料有限责任公司（中电集团46研究所）、北京中科镓英半导体有限公司、北京国瑞电子材料有限责任公司、扬州中显机械有限公司、山东远东高科技材料有限公司、大庆佳昌科技有限公司、新乡神舟晶体科技发展有限公司（原国营542厂）等九家。
北京通美是美国AXT独资子公司，其资金、管理和技术实力在国内砷化镓材料行业首屈一指，产品主要以VGF法4、6英寸半绝缘砷化镓材料为主。
其在高纯镓、高纯砷、高纯锗以及氮化硼坩埚等方面均有投资，有效地控制了公司成本，2009年销售收入8 000万美元，短期内国内其它各公司还难以和北京通美形成真正的竞争。
中科晶电成立于2006年，主要从事VGF砷化镓单晶生长和抛光片生产，该公司为民营企业，总投资为2 500万美元，在高纯砷和高纯镓方面也已投资建厂。
2009年月产2英寸砷化镓晶片10万片，2010年月产达到15万片。
该公司是目前国内发展速度最快的砷化镓企业。
天津晶明公司成立于2007年，由中国电子科技集团公司第四十六研究所投资，注册资本1400万元，总投入约5 000万元。
主要产品为2英寸LED用VB法低阻砷化镓晶体及抛光片，兼顾少量3~4英寸半绝缘砷化镓单晶材料。
目前拥用LEC单晶炉4台，VB单晶炉60台，已建成一条完整的单晶生长及抛光片加工生产线，目前月产约为3万片。
中科镓英公司成立于2001年，晶体生长只有两台LEC单晶炉，目前主要在国内购买HB或VGF砷化镓单晶进行抛光片加工，销售对象主要是国内的LED外延企业，月产约2~3万片。
北京国瑞公司和扬州中显公司主要生产2～2.5英寸HB砷化镓单晶，山东远东公司主要生产2英寸LEC（或称LEVB）砷化镓单晶，这三家公司的产品主要针对LED市场，其单晶质量、成品率以及整体经营状况都很稳定。
这三家公司目前都没有晶片加工工序，只能将单晶卖给其它公司进行加工。
大庆佳昌原主要从事LEC砷化镓单晶生长，曾生长出8英寸LEC砷化镓单晶样品。
2009年争取到政府立项投资1.3亿元，转向以VGF工艺生产LED用低阻砷化镓材料，目前已完成厂房建设和小试生产，其产品定位主要在4英寸市场。
新乡神舟公司主要从事LEC和HB砷化镓单晶生长，近期开始进行VGF法砷化镓工艺研究，目前的市场定位还不是很明确，主要以承担军工科研任务为主。
表4 国内砷化镓材料主要生产企业5 我国砷化镓材料发展趋势我国的砷化镓材料行业，虽然受到国家的高度重视，但由于投资强度不足且分散，研究基础一直比较薄弱，发展速度缓慢。
只是近几年由于半导体照明产业的拉动作用，部分民营企业开始涉足这个行业，发展速度有所加快，但也仅限于LED用的低端砷化镓材料，集成电路和功率器件用的大直径半绝缘砷化镓材料还是掌握在少数国际大公司手中，国内所用的4-6英寸半绝缘砷化镓晶片仍然基本全部依赖进口。
目前，国内的半绝缘砷化镓材料，在常规电学指标上与国外水平大体相当，但是材料的微区特性、晶片精密加工和超净清洗封装方面与国外差距很大。
由于现在国内正处在从多研少产向批量生产过渡的阶段，正在逐步解决材料的电学性能均匀性差、批次间重复性差等问题，缺乏材料和典型器件关系验证。
另外关键设备落后也是造成上述局面的原因之一。
我国砷化镓材料发展趋势将主要体现在以下几个方面：①增大晶体直径，目前发达国家6英寸的半绝缘砷化镓产品已经商用化，国内4英寸产品还没有实现商用，这方面差距还比较大；②降低单晶的缺陷密度，特别是位错，提高材料的电学和光学微区均匀性；③提高抛光片的表面质量，针对MOCVD和MBE外延需求，提供“开盒即用”（Epi-ready）产品；④研发具有自主知识产权的新工艺，近年国内外VGF砷化镓生长技术发展很快，已经成为砷化镓材料主流技术，但核心技术仍掌握在少数国际大公司手中，应在VGF设备和工艺方面加大投入力度。
6 结束语砷化镓材料是最重要的半导体材料之一，其应用领域不断扩大，产业规模也在急剧扩张，在民用与军事领域发挥着不可替代的作用。
由于种种原因，我国的砷化镓材料产业发展速度迟缓，与国际先进水平的差距还很大。
砷化镓材料的发展方向是大直径、低缺陷、工业化大规模生产。