磷化镓（GaP）晶体是一种表面硬度高、热导率大且具有宽波段透过性能的红外光学材料。凭借其优良的综合光学、机械和热学性能，磷化镓在军事领域及民用高科技领域中展现出潜在的应用前景。尤其值得关注的是，磷化镓晶体有望替代目前最重要的长波红外材料ZnS，或与之形成复合材料，从而成为高马赫数导弹窗口材料的优选方案之一。
图1 磷化镓的性状图
结构性质
磷化镓的晶体结构为闪锌矿型，晶格常数为5.447±0.06埃，其化学键是以共价键为主的混合键，其中离子键成分约占20%。在300 K时，磷化镓的能隙为2.26 eV，属于间接跃迁型半导体。与GaAs、InP等其他宽带隙Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体相似，磷化镓可通过引入深中心使费米能级接近带隙中部，例如掺入铬、铁、氧等杂质元素可使其转变为半绝缘材料；但磷化镓的非掺杂半绝缘形态至今尚未能获得。在化学稳定性方面，磷化镓不溶于水，即使在沸水中加热亦不溶解；它能微溶于浓或稀（1:1）的盐酸和硫酸中，但易溶于浓或稀（1:1）的硝酸中，同时磷化镓可溶于热碱并释放出磷化氢（PH₃）。
制备方法
磷化镓可通过多种反应路径制备：氧化镓与磷化氢在氢气或氩气气氛中于950 ℃反应3～5小时；镓与白磷在700 ℃惰性氛围下直接化合；镓与磷化锌在800 ℃惰性氛围下反应；以及一氯化镓或一溴化镓与白磷在1050 ℃真空中直接化合。此外，将三氯化磷（PCl₃）与过量镓在干燥石英管中加热至76 ℃，是制备磷化镓较为理想的方法，当反应趋于结束时将温度升至600 ℃，磷化镓的产率可达95%以上。纯度最高的磷化镓是在内壁涂覆氮化硼的石英管中、采用BN舟皿合成得到的，分析表明，相较于在普通石英器皿中合成的磷化镓，采用该方法制备的磷化镓硅含量更低，且具有更高的电阻率。
性能
磷化镓单晶是化合物半导体中生产量仅次于砷化镓的单晶材料。全世界单晶年产量1973年约1吨，1980年发展到10吨，进入90年代接近20吨。磷化镓单晶材料和外延材料均已达到工业生产规模。国外对磷化镓（GaP）晶体材料已进行了长期的生长研究，虽已尝试多种制备方法，但多数技术路线仅能获得磷化镓的薄膜或单晶形态。针对这一现状，研究人员系统开展了生长工艺的优化研究，以筛选出适宜磷化镓晶体材料生长的工艺条件。磷化镓晶体材料的制备采用一种新颖的气相扩散热交换法，在真空、低压密封的生长炉中进行。在磷化镓晶体的生长过程中，工艺条件需严格把控，包括生长界面的温场分布、温度梯度的大小、磷蒸气的蒸发与扩散速率，以及坩埚材料的选择等因素，任何控制偏差均可能诱发磷化镓晶体材料的结构缺陷，进而严重影响其光学透过性能及其他关键性能指标。[1]
光散射特性
基于Mie散射理论，研究人员对磷化镓微球粒子在紫外光区至红外光区的光散射特性进行了系统的数值计算与理论分析，获得了散射强度与散射角、粒子尺寸参数之间的关系，以及偏振度与散射角、光学截面与粒子尺寸参数之间的变化规律。结果表明，入射波长越长、粒子半径越小，磷化镓微球粒子的散射越弱；在红外波段，磷化镓的光散射效应显著减弱，而在散射角90°方向上可观测到线偏振光。上述光散射特性为磷化镓材料的制备工艺优化及其在光学器件中的应用提供了重要的理论参考。[2]
参考文献
[1] 闫泽武,王和明,杨曜源等.新型红外晶体材料磷化镓(GaP)的生长结构缺陷及其性能[J].人工晶体学报, 2000(S1):1.
[2] 张维录.基于Mie散射理论的磷化镓粒子散射特性[J].半导体光电, 2011, 32(5):5.