Galliumarsenid kristallisiert in Zinkblendestruktur, d.h. die Gallium- und die
Arsenatome bilden zwei ineinander verschachtelte kubisch flächenzentrierte
Gitter. Die Gallium- und Arsenatome sind durch Ionenbindung aneinander
gebunden, daher ist GaAs im Gegensatz zu Silizium ein polarer Halbleiter, was
entscheidenden Einfluß auf die dominierenden Streumechanismen hat.
Die Gitterkonstante beträgt bei Raumtemperatur (
) 
.
Daraus ergibt sich eine Massendichte von 
und eine Atomdichte von
. Die in der Literatur angegebenen Meßwerte für die relative
Dielektrizitätskonstante schwanken zwischen 
und 
. Allgemein hat
sich der Wert von 
durchgesetzt, der bis in den Gigahertzbereich konstant
angenommen wird. Die Temperaturabhängigkeit kann folgendermaßen
berücksichtigt werden:
Zwei grundsätzliche Vorteile gegenüber Silizium machen GaAs speziell für die
Anwendung im Hochfrequenzbereich interessant. Einerseits ermöglicht die
ungefähr
doppelt so große Sättigungsgeschwindigkeit der Elektronen kürzere
Transitzeiten und damit höhere Schaltgeschwindigkeiten.
Andererseits kann man aus GaAs sogenannte semi-isolierende Substrate
(vgl. Kap. 3.3.1), das heißt
Schichten mit sehr hohem spezifischen Widerstand (bis zu 
),
herstellen, womit man parasitäre Effekte wie Leckströme und
Substratkapazitäten weitgehend reduzieren kann, was sich wiederum positiv auf
die Schaltgeschwindigkeit auswirkt.
Beide Eigenschaften lassen sich mithilfe der Bandstruktur erklären. Abb. 3.10 zeigt die Bandstruktur von GaAs mit den drei niedrigsten Minima im Leitungsband und den drei höchsten Maxima im Valenzband, die für die Beschreibung der Transporteigenschaften relevant sind. Hier ist der Zusammenhang zwischen Energie und Wellenvektor für die kristallographischen Richtungen hoher Symmetrie angegeben.
Abbildung 3.10: Ausschnitt aus der Bandstruktur von GaAs
Die beiden höchsten Maxima des Valenzbandes, die die Eigenschaften der Löcher
bestimmen, unterscheiden sich nur in ihrer Krümmung, nicht aber in ihrer
Energie. Daraus ergeben sich zwei effektive Massen 
und 
für
leichte (V2) und schwere Löcher (V1). Die Werte dafür werden in der Literatur
[7] mit 
und 
angegeben. Das
tieferliegende Maximum V3 wird für die weiteren Betrachtungen vernachlässigt.
Die Struktur des Leitungsbandes mit den drei Minima 
, L und X bestimmt die
Eigenschaften des Elektronentransports in GaAs. Alle drei Minima liegen an
unterschiedlichen Symmetriepunkten der Bandstruktur. Das tiefste Minimum ()
hat gleichzeitig auch die geringste effektive Masse 
.
Nur ungefähr 
höher liegt das L-Minimum mit der beträchtlich
höheren effektiven Masse von 
. Schließlich folgt das
X-Minimum im Abstand von ca. 
mit der effektiven Masse von
.
Aus dem großen Unterschied der effektiven Masse im -Minimum auf der einen
Seite, und im L- und X-Minimum auf der anderen Seite
und der relativ geringen Energiedifferenz resultiert auch das
lokale Maximum der Feldabhängigkeit der mittleren Driftgeschwindigkeit der
Elektronen (siehe Kap. 3.1.4 und 3.4.2).
Für die Abstände der Leitungsbandminima , L und X zum Valenzbandmaximum
werden die folgenden temperaturabhängigen Formulierungen angegeben:
Unter der Voraussetzung der Gültigkeit der Boltzmannstatistik und Annäherung
der Bandstruktur durch Energieparabeln in den Minima und Maxima läßt sich
die intrinsische Ladungsträgerdichte berechnen. Für den parabolischen Fall
ergibt sich für die effektive Zustandsdichte 
eines Bandes mit der
effektiven Masse 
Die Elektronenkonzentration in den einzelnen Leitungsbandminima beträgt im thermischen Gleichgewicht
Mithilfe von 
läßt sich eine gemittelte effektive Masse
des Leitungsbands berechnen.
und 
sind die Differenzen aus (3.157)
-(3.159).
In gleicher Weise erhält man für die gemittelte effektive Masse der Löcher
Daraus lassen sich nun mithilfe von (3.160) die effektiven
Zustandsdichten
und 
für das Leitungs- und das Valenzband bestimmen.
Um die Nichtparabolizität im Leitungsband zu berücksichtigen, wird in
[7] folgende Formulierung vorgeschlagen,
die einen etwas höheren Wert für ergibt.
Mit 
kann man nun daraus die intrinsische
Ladungsträgerkonzentration berechnen.
Tab. 3.4.1 zeigt eine Zusammenstellung der wichtigsten Materialparameter
von GaAs für
Raumtemperatur (), wobei mit (3.166) berechnet wurde.
Tabelle: Materialparameter für
