Los materiales semiconductores son aisladores nominalmente de banda pequeña. La propiedad definitoria de un material semiconductor es que puede estar impurificado con impurezas que alteran sus propiedades electrónicas de forma controlable.

Debido a su aplicación en la industria informática y fotovoltaica -en dispositivos como transistores, láseres y células solares- la búsqueda de nuevos materiales semiconductores y la mejora de los materiales existentes es un importante campo de estudio en la ciencia de los materiales.

Los materiales semiconductores más comúnmente usados ​​son sólidos inorgánicos cristalinos. Estos materiales se clasifican de acuerdo con los grupos de tablas periódicas de sus átomos constituyentes.

Diferentes materiales semiconductores difieren en sus propiedades. Por lo tanto, en comparación con el silicio, los semiconductores compuestos tienen ventajas y desventajas. Por ejemplo, el arseniuro de galio (GaAs) tiene una movilidad de electrones seis veces mayor que el silicio, lo que permite una operación más rápida; intervalo de banda más amplio, que permite el funcionamiento de dispositivos de potencia a temperaturas más altas, y proporciona un menor ruido térmico a dispositivos de baja potencia a temperatura ambiente; su banda prohibida directa le da propiedades optoelectrónicas más favorables que el espacio de banda indirecto de silicio; puede alearse con composiciones ternarias y cuaternarias, con un ancho de banda ajustable, que permite la emisión de luz en las longitudes de onda elegidas, y permite, por ejemplo, la adaptación a longitudes de onda con las menores pérdidas en fibras ópticas. GaAs también se puede cultivar en una forma semi-aislante, que es adecuada como sustrato aislante de celosía para dispositivos GaAs. Por el contrario, el silicio es robusto, barato y fácil de procesar, mientras que GaAs es frágil y costoso, y las capas de aislamiento no pueden crearse simplemente haciendo crecer una capa de óxido; Por lo tanto, GaAs se usa solo cuando el silicio no es suficiente.

Al alear compuestos múltiples, algunos materiales semiconductores son sintonizables, por ejemplo, en banda prohibida o constante reticular. El resultado es composiciones ternarias, cuaternarias o incluso quinarias. Las composiciones ternarias permiten ajustar la banda prohibida dentro del rango de los compuestos binarios implicados; sin embargo, en el caso de combinación de materiales de banda prohibida directa e indirecta, existe una relación en la que prevalece la banda prohibida indirecta, que limita el rango utilizable para optoelectrónica; por ejemplo, los LED de AlGaAs están limitados a 660 nm. Las constantes de retículo de los compuestos también tienden a ser diferentes, y la reticulación del retículo contra el sustrato, que depende de la relación de mezcla, provoca defectos en las cantidades que dependen de la magnitud del desapareamiento; esto influye en la proporción de recombinaciones radiactivas / no radiables alcanzables y determina la eficiencia luminosa del dispositivo. Las composiciones cuaternarias y superiores permiten ajustar simultáneamente la banda prohibida y la retícula constante, lo que permite aumentar la eficiencia radiante en un rango más amplio de longitudes de onda; por ejemplo, AlGaInP se usa para LED. Los materiales transparentes para la longitud de onda de luz generada son ventajosos, ya que esto permite una extracción más eficiente de los fotones del grueso del material. Es decir, en tales materiales transparentes, la producción de luz no se limita solo a la superficie. El índice de refracción también depende de la composición e influye en la eficiencia de extracción de los fotones del material.

Tipos de materiales semiconductores
Grupo IV semiconductores elementales, (C, Si, Ge, Sn)
Grupo IV semiconductores compuestos
Grupo VI semiconductores elementales, (S, Se, Te)
Semiconductores III-V: Cristalizando con alto grado de estequiometría, la mayoría se puede obtener tanto en tipo n como en tipo p. Muchos tienen altas movilidades de portadores y brechas energéticas directas, lo que los hace útiles para la optoelectrónica.
Semiconductores II-VI: generalmente tipo p, excepto ZnTe y ZnO que es de tipo n
Semiconductores I-VII
Semiconductores IV-VI
Semiconductores V-VI
Semiconductores II-V
Semiconductores I-III-VI2
Óxidos
Semiconductores en capas
Semiconductores magnéticos
Semiconductores orgánicos
Complejos de transferencia de carga
Otros

Semiconductores compuestos
Un semiconductor compuesto es un compuesto semiconductor compuesto de elementos químicos de al menos dos especies diferentes. Estos semiconductores se forman típicamente en los grupos de tablas periódicas 13-15 (grupos antiguos III-V), por ejemplo de elementos del grupo Boro (grupo antiguo III, boro, aluminio, galio, indio) y del grupo 15 (grupo anterior V, nitrógeno) , fósforo, arsénico, antimonio, bismuto). El rango de posibles fórmulas es bastante amplio porque estos elementos pueden formar binarios (dos elementos, por ejemplo, arseniuro de galio (III) (GaAs)), ternarios (tres elementos, por ejemplo, arseniuro de galio indio (InGaAs)) y cuaternarios (cuatro elementos, por ejemplo, aluminio aleaciones de fosfuro de indio y galio (AlInGaP)).

Fabricación
La epitaxia metaloorgánica en fase de vapor (MOVPE) es la tecnología de deposición más popular para la formación de películas delgadas semiconductoras compuestas para dispositivos [cita requerida]. Utiliza metalúrgicos y / o hidruros ultrapuros como materiales fuente precursores en un gas ambiental como el hidrógeno.

Otras técnicas de elección incluyen:

Epitaxia de haz molecular (MBE)
Epitaxia de fase de vapor de hidruro (HVPE)
Epitaxia en fase líquida (LPE)
Epitaxia de haz molecular metalorgánico (MOMBE)
Deposición de capa atómica (ALD)

Tabla de materiales semiconductores

Grupo	Elem.	Material	Fórmula	Band gap (eV)	Gap type	Descripción
IV	1	Diamante	do	5.47	indirecto	Excelente conductividad térmica. Propiedades mecánicas y ópticas superiores. Factor de calidad del resonador nanomecánico extremadamente alto.
IV	1	Silicio	Si	1.12	indirecto	Utilizado en células solares de silicio cristalino (c-Si) convencionales, y en su forma amorfa como silicio amorfo (a-Si) en células solares de capa fina. El material semiconductor más común en energía fotovoltaica; domina el mercado fotovoltaico mundial; fácil de fabricar; buenas propiedades eléctricas y mecánicas. Forma óxido térmico de alta calidad para fines de aislamiento. El material más común utilizado en la fabricación de circuitos integrados.
IV	1	Germanio	Ge	0.67	indirecto	Se usa en los primeros diodos de detección de radar y primeros transistores;requiere una pureza menor que el silicio. Un sustrato para células fotovoltaicas multifuncionales de alta eficiencia. Constante de celosía muy similar al arseniuro de galio. Cristales de alta pureza utilizados para espectroscopía gamma. Puede crecer bigotes, lo que perjudica la confiabilidad de algunos dispositivos.
IV	1	Estaño gris,α -Sn	Sn	0.00, 0.08	indirecto	Alotropo de baja temperatura (reticulado cúbico de diamante).
IV	2	Carburo de silicio, 3C-SiC	Sic	2.3	indirecto	utilizado para primeros LED amarillos
IV	2	Carburo de silicio, 4H-SiC	Sic	3.3	indirecto
IV	2	Carburo de silicio, 6H-SiC	Sic	3.0	indirecto	utilizado para los primeros LED azules
VI	1	Azufre, α -S	S 8	2.6
VI	1	Selenio gris	Se	1.74	indirecto	Utilizado en rectificadores de selenio.
VI	1	Selenio rojo	Se	2.05	indirecto
VI	1	Telurio	Te	0.33
III-V	2	Nitruro de boro, cúbico	BN	6.36	indirecto	potencialmente útil para LED ultravioleta
III-V	2	Nitruro de boro, hexagonal	BN	5.96	cuasi-directo	potencialmente útil para LED ultravioleta
III-V	2	Nanotubo de nitruro de boro	BN	~ 5.5
III-V	2	Fosfuro de boro	BP	2	indirecto
III-V	2	Arseniuro de boro	BAs	1.14	directo	Resistente a daños por radiación, posibles aplicaciones en betavoltaicos.
III-V	2	Arseniuro de boro	B12como2	3.47	indirecto	Resistente a daños por radiación, posibles aplicaciones en betavoltaicos.
III-V	2	Nitruro de aluminio	AlN	6.28	directo	Piezoeléctrico. No se usa solo como semiconductor; AlN-close GaAlN posiblemente utilizable para LED ultravioleta. La emisión ineficiente a 210 nm se logró en AlN.
III-V	2	Fosfuro de aluminio	Montaña	2.45	indirecto
III-V	2	Arseniuro de aluminio	Ay	2.16	indirecto
III-V	2	Antimoniuro de aluminio	AlSb	1.6 / 2.2	indirecto / directo
III-V	2	Nitruro de galio	GaN	3.44	directo	problemática para doparse a p-type, p-dopaje con Mg y recocido permitió primeros LED azules de alta eficiencia y láser azul. Muy sensible a ESD.Insensible a la radiación ionizante, adecuado para paneles solares de naves espaciales. Los transistores GaN pueden operar a voltajes más altos y temperaturas más altas que los GaAs, que se usan en amplificadores de potencia de microondas. Cuando se dopa con, por ejemplo, manganeso, se convierte en un semiconductor magnético.
III-V	2	Fosfuro de galio	Brecha	2.26	indirecto	Utilizado en el brillo de bajo a mediano brillo LED rojo / naranja / verde baratos. Se usa de forma independiente o con GaAsP. Transparente para luz amarilla y roja, utilizado como sustrato para LED rojos / amarillos GaAsP.Dopado con S o Te para n-type, con Zn para p-type. Pure GaP emite GaP verde, dopado con nitrógeno emite amarillo-verde, GaP dopado con ZnO emite rojo.
III-V	2	Arseniuro de galio	GaAs	1.43	directo	el segundo más común en uso después del silicio, comúnmente utilizado como sustrato para otros semiconductores III-V, por ejemplo, InGaAs y GaInNAs. Frágil. Menor movilidad del orificio que los transistores CMOS tipo Si, tipo P, inviable. Alta densidad de impurezas, estructuras pequeñas difíciles de fabricar. Se utiliza para LED IR cercanos, electrónica rápida y células solares de alta eficiencia. Constante de red muy similar al germanio, se puede cultivar en sustratos de germanio.
III-V	2	Antimoniuro de galio	GaSb	0.726	directo	Utilizado para detectores infrarrojos y LED y termo fotovoltaicos. Dopado n con Te, p con Zn.
III-V	2	Nitruro de indio	Posada	0.7	directo	Posible uso en células solares, pero el dopaje de tipo p es difícil. Se usa frecuentemente como aleaciones.
III-V	2	Fosfuro de indio	En p	1.35	directo	Comúnmente utilizado como sustrato para InGaAs epitaxiales. Velocidad de electrones superior, utilizada en aplicaciones de alta potencia y alta frecuencia. Utilizado en optoelectrónica.
III-V	2	Arseniuro de indio	InAs	0.36	directo	Se usa para detectores de infrarrojos de 1-3.8 μm, refrigerados o sin refrigerar. Alta movilidad de electrones. Los puntos InAs en la matriz InGaAs pueden servir como puntos cuánticos. Los puntos cuánticos se pueden formar a partir de una monocapa de InAs en InP o GaAs. Fuerte foto-emisor de Dember, utilizado como fuente de radiación de terahercios.
III-V	2	Antimoniuro de indio	InSb	0.17	directo	Utilizado en detectores infrarrojos y sensores de imágenes térmicas, alta eficiencia cuántica, baja estabilidad, requiere enfriamiento, utilizado en sistemas de imágenes térmicas militares de largo alcance. Estructura AlInSb-InSb-AlInSb utilizada como pozo cuántico. Muy alta movilidad de electrones, velocidad de electrones y longitud balística. Los transistores pueden operar por debajo de 0.5V y por encima de 200 GHz. Las frecuencias de Teraherz pueden ser alcanzables.
II-VI	2	Seleniuro de cadmio	CdSe	1.74	directo	Nanopartículas utilizadas como puntos cuánticos. Tipo n intrínseco, tipo p difícil de digerir, pero puede ser de tipo p dopado con nitrógeno. Posible uso en optoelectrónica. Probado para celdas solares de alta eficiencia.
II-VI	2	Sulfuro de cadmio	CdS	2.42	directo	Utilizado en fotoresistores y celdas solares; CdS / Cu 2 S fue la primera célula solar eficiente. Utilizado en celdas solares con CdTe. Común como puntos cuánticos. Los cristales pueden actuar como láseres de estado sólido.Electroluminiscente. Cuando está dopado, puede actuar como un fósforo.
II-VI	2	Telururo de cadmio	CdTe	1.49	directo	Usado en celdas solares con CdS. Utilizado en células solares de película delgada y otros fotovoltaicos de telururo de cadmio; menos eficiente que el silicio cristalino, pero más barato. Alto efecto electro-óptico, utilizado en moduladores electro-ópticos. Fluorescente a 790 nm. Nanopartículas utilizables como puntos cuánticos.
II-VI, óxido	2	Óxido de zinc	ZnO	3.37	directo	Fotocatalítico Band gap se puede ajustar de 3 a 4 eV mediante aleación con óxido de magnesio y óxido de cadmio. El dopaje de tipo p intrínseco de tipo n es difícil. El dopado pesado de aluminio, indio o galio produce recubrimientos conductores transparentes; ZnO: Al se utiliza como recubrimiento de ventana transparente en zonas visibles y reflectantes en infrarrojos y como películas conductoras en pantallas LCD y paneles solares como reemplazo del óxido de indio y estaño. Resistente al daño por radiación. Posible uso en LED y diodos láser. Posible uso en láseres aleatorios.
II-VI	2	Seleniuro de zinc	ZnSe	2.7	directo	Usado para láseres azules y LED. Dopaje de tipo n fácil, el dopaje de tipo p es difícil pero se puede hacer con, por ejemplo, nitrógeno. Material óptico común en óptica infrarroja.
II-VI	2	Sulfuro de zinc	ZnS	3.54 / 3.91	directo	Band gap 3.54 eV (cúbica), 3.91 (hexagonal). Puede ser dopado tanto de tipo n como de tipo p. Centellador / fósforo común cuando está adecuadamente dopado.
II-VI	2	Telururo de zinc	ZnTe	2.25	directo	Se puede cultivar en AlSb, GaSb, InAs y PbSe. Utilizado en células solares, componentes de generadores de microondas, LED azules y láseres. Utilizado en electroóptica. Junto con el niobato de litio utilizado para generar radiación de terahercios.
I-VII	2	Cloruro cuproso	CuCl	3.4	directo
I-VI	2	Sulfuro de cobre	Cu2 S	1.2	indirecto	p-type, Cu 2 S / CdS fue la primera célula solar eficiente de película fina
IV-VI	2	Seleniuro de plomo	PbSe	0.27	directo	Utilizado en detectores de infrarrojos para imágenes térmicas. Nanocristales utilizables como puntos cuánticos. Buen material termoeléctrico de alta temperatura.
IV-VI	2	Sulfuro de plomo (II)	PbS	0.37		Galena mineral, primer semiconductor en uso práctico, utilizado en detectores de bigotes de gato; los detectores son lentos debido a la alta constante dieléctrica de PbS. El material más antiguo utilizado en los detectores de infrarrojos. A temperatura ambiente puede detectar SWIR, longitudes de onda más largas requieren enfriamiento.
IV-VI	2	Telururo de plomo	PbTe	0.32		Baja conductividad térmica, buen material termoeléctrico a temperatura elevada para generadores termoeléctricos.
IV-VI	2	Sulfuro de estaño	SnS	1.3 / 1.0	directo indirecto	El sulfuro de estaño (SnS) es un semiconductor con un intervalo de banda óptica directa de 1.3 eV y un coeficiente de absorción superior a 10 4 cm -1para las energías de los fotones superiores a 1.3 eV. Es un semiconductor de tipo p cuyas propiedades eléctricas se pueden adaptar mediante dopaje y modificación estructural, y se ha convertido en una de las materias simples, no tóxicas y asequibles para las células solares de película delgada desde hace una década.
IV-VI	2	Sulfuro de estaño	SnS 2	2.2		SnS 2 es ampliamente utilizado en aplicaciones de detección de gases.
IV-VI	2	Telururo de estaño	SnTe			Estructura de banda compleja.
IV-VI	3	Teluro de plomo y estaño	PbSnTe			Utilizado en detectores de infrarrojos y para imágenes térmicas.
IV-VI	3	Telururo de estaño y talio	Tl2SnTe5
IV-VI	3	Teluro de talio germanio	Tl2GeTe5
V-VI, en capas	2	Telururo de bismuto	Bi2Te3			Material termoeléctrico eficiente cerca de la temperatura ambiente cuando se alea con selenio o antimonio. Semiconductor en capas de estrecha separación. Alta conductividad eléctrica, baja conductividad térmica. Aislador topológico
II-V	2	Fosfuro de cadmio	Cd3 P2
II-V	2	Arseniuro de cadmio	Cd3como2	0.14		Semiconductor intrínseco de tipo N Muy alta movilidad de electrones. Utilizado en detectores de infrarrojos, fotodetectores, sensores dinámicos de presión de película delgada y magnetorresistores. Mediciones recientes sugieren que 3D Cd 3 As 2 es en realidad un semimetal de Dirac sin separación de banda en el que los electrones se comportan relativísticamente como en el grafeno.
II-V	2	Antimoniuro de cadmio	Cd3Sb2
II-V	2	Fosfuro de zinc	Zn3 P2	1.5	directo
II-V	2	Arseniuro de zinc	Zn3como2
II-V	2	Antimoniuro de zinc	Zn3Sb2			Utilizado en detectores infrarrojos e imágenes térmicas, transistores y magnetorresistores.
Óxido	2	Dióxido de titanio, anatasa	TiO2	3.2	indirecto	fotocatalítico, tipo n
Óxido	2	Dióxido de titanio, rutilo	TiO2	3.02	directo	fotocatalítico, tipo n
Óxido	2	Dióxido de titanio, brookita	TiO2	2.96
Óxido	2	Óxido de cobre (I)	Cu2O	2.17		Uno de los semiconductores más estudiados. Muchas aplicaciones y efectos primero demostraron con él. Anteriormente utilizado en diodos rectificadores, antes de silicio.
Óxido	2	Óxido de cobre (II)	CuO	1.2		Semiconductor tipo P
Óxido	2	Dióxido de uranio	UO2	1.3		Alto coeficiente de Seebeck, resistente a altas temperaturas, prometedoras aplicaciones termoeléctricas y termo fotovoltaicas. Anteriormente utilizado en resistencias URDOX, conduciendo a alta temperatura. Resistente al daño por radiación.
Óxido	2	Trióxido de uranio	UO3
Óxido	2	Trióxido de bismuto	Bi2O3			Conductor iónico, aplicaciones en celdas de combustible.
Óxido	2	Dióxido de estaño	SnO2	3.7		Semiconductor de tipo n deficiente en oxígeno. Utilizado en sensores de gas.
Óxido	3	Titanato de bario	BaTiO3	3		Ferroeléctrico, piezoeléctrico. Usado en algunas cámaras térmicas no refrigeradas. Utilizado en óptica no lineal.
Óxido	3	Titanato de estroncio	SrTiO3	3.3		Ferroeléctrico, piezoeléctrico. Utilizado en varistores. Conductivo cuando está dopado con niobio.
Óxido	3	Niobato de litio	LiNbO3	4		Ferroeléctrico, piezoeléctrico, muestra el efecto Pockels. Amplios usos en electroóptica y fotónica.
Óxido	3	Óxido de cobre de lantano	La2CuO4	2		superconductor cuando se dopa con bario o estroncio
Capas	2	Yoduro de plomo (II)	PbI2
Capas	2	Disulfuro de molibdeno	MoS 2	1.23 eV (2H)	indirecto
Capas	2	Seleniuro de galio	GaSE	2.1	indirecto	Fotoconductor. Utiliza en óptica no lineal.
Capas	2	Sulfuro de estaño	SnS
Capas	2	Sulfuro de bismuto	Bi2 S3
Magnético, diluido (DMS)	3	Arseniuro de manganeso de galio	GaMnAs
Magnético, diluido (DMS)	3	Arseniuro de manganeso del indio	InMnAs
Magnético, diluido (DMS)	3	Cadmio manganeso teluride	CdMnTe
Magnético, diluido (DMS)	3	Teluro de manganeso de plomo	PbMnTe
Magnético	4	Manganato de calcio de lantano	La0.7Ca0.3MnO3			magnetorresistencia colosal
Magnético	2	Óxido de hierro (II)	FeO			antiferromagnético
Magnético	2	Óxido de níquel (II)	NiO	3.6-4.0	directo	antiferromagnético
Magnético	2	Óxido de europio (II)	EuO			ferromagnético
Magnético	2	Sulfuro de europio (II)	EuS			ferromagnético
Magnético	2	Bromuro de cromo (III)	CrBr3
otro	3	Seleniuro de indio y cobre, CIS	CuInSe 2	1	directo
otro	3	Sulfuro de galio de plata	AgGaS 2			propiedades ópticas no lineales
otro	3	Fosfuro de silicio de zinc	ZnSiP 2
otro	2	Sulfuro de arsénico	Como2 S3			semiconductor en estado cristalino y vítreo
otro	2	Sulfuro de arsénicoRealgar	Como4 S4			semiconductor en estado cristalino y vítreo
otro	2	Siliciuro de platino	PtSi			Utilizado en detectores de infrarrojos de 1-5 μm. Utilizado en astronomía infrarroja. Alta estabilidad, baja deriva, utilizada para mediciones. Baja eficiencia cuántica.
otro	2	Yoduro de Bismuto (III)	BiI3
otro	2	Yoduro de mercurio (II)	HgI 2			Usado en algunos detectores de rayos gamma y rayos X y sistemas de imágenes que operan a temperatura ambiente.
otro	2	Bromuro de Talio (I)	TlBr			Usado en algunos detectores de rayos gamma y rayos X y sistemas de imágenes que operan a temperatura ambiente. Se usa como un sensor de imagen de rayos X en tiempo real.
otro	2	Sulfuro de plata	Ag2 S	0.9
otro	2	Disulfuro de hierro	FeS 2	0.95		Pirita mineral Utilizado en los últimos detectores de bigotes de gato, investigado por células solares.
otro	4	Cobre zinc sulfuro de estaño, CZTS	Cu2ZnSnS 4	1.49	directo	Cu 2 ZnSnS 4 se deriva de CIGS, reemplazando el indio / galio con tierra abundante zinc / estaño.
otro	4	Sulfuro de antimonio de cinc de cobre, CZAS	Cu1.18Zn0.40Sb1.90 S7.2	2.2	directo	El sulfuro de cobre y antimonio se obtiene a partir del sulfuro de antimonio de cobre (CAS), una clase de compuesto de famatinita.
otro	3	Sulfuro de estaño y cobre, CTS	Cu2SnS 3	0.91	directo	Cu 2 SnS 3 es un semiconductor de tipo p y puede utilizarse en aplicaciones de células solares de película delgada.