ヒ素（As）：鉱物の歴史と高純度半導体

ヒ素は有害性で知られる一方、ヒ化ガリウムなどの半導体を構成する元素です。鉱石から取り除く対象と、高純度に精製して使う材料という二つの役割を持ちます。

As｜原子番号33｜ヒ素
第4周期・第15族の元素。硫化物などの鉱物や化合物半導体に含まれます。

見てみよう：姿・色・三態の変化

灰色ヒ素は銀灰色の光沢があり、もろい固体です。約1気圧では加熱すると約616℃で昇華します。普通の加熱で必ず液体を経る元素ではありません。ヒ化ガリウム半導体中のヒ素は、単体の塊とは異なる結合状態にあります。

項目	状態・温度
20℃・約1気圧	固体
昇華の目安（約1気圧）	約616℃
液体になる条件	約1気圧の通常の加熱では液体を経ない。液体を考えるには加圧条件を指定する

表は約1気圧での昇華の目安です。通常の融点・沸点として扱いません。

灰色・黄色・黒色などの同素体があります。灰色ヒ素は結晶、黄色ヒ素はAs₄分子を含む不安定な形です。同じ原子を4個ずつ組にするか、広がる構造にするかで見た目や安定性が変わります。

天然の安定同位体は⁷⁵Asです。化学的な毒性や半導体としての性質は主に結合状態から生まれ、同位体の個数の多さだけで決まるものではありません。

同位体は、陽子の数が同じで、中性子の数が異なる原子です。次はCIAAWの2024年版にある代表組成、または試料間で認められる範囲です。割合は質量ではなく原子の個数で表します。

同位体	代表的な割合・範囲（原子数％）
⁷⁵As	100％

割合は近似値です。測定の不確かさは表では省略し、原資料に示されています。範囲の上下端は異なる試料の値で、上下端どうしを足して100％にするものではありません。100％の表記でも、特殊な環境や人工試料まで他核種が存在しないという意味ではありません。

黄色や赤色の硫化ヒ素鉱物は古代から知られ、顔料などに使われました。中世には単体に関する記録も現れます。色鮮やかな鉱物の利用が先行し、成分の同定と毒性への理解が後から進んだ歴史です。過去の用途を知ることは、現在の管理が必要になった背景を理解する手掛かりになります。

ガリウムとヒ素が規則正しく並んだGaAsは化合物半導体です。高周波や光を扱う素子に適した性質を持ちます。ヒ素はシリコンの電気的性質を変える微量の添加元素にもなります。こうした用途では不純物の種類と量を精密に管理します。

GaAs系の材料は高周波増幅や光電子素子に使われます。宇宙用の高効率太陽電池にも、ヒ素を含むIII–V族化合物半導体が組み込まれます。材料を封止した製品と製造時の原料では扱いが異なり、工場では回収や排気・排水の管理を含めて製造工程を設計します。

ヒ素は銅などの鉱石に伴う成分として回収されます。三酸化ヒ素の主要な生産国にはペルー、中国、モロッコがあります。この工業原料をそのまま半導体に使うのではなく、高純度化と結晶製造の工程を経ます。三酸化ヒ素の生産統計と半導体用ヒ素の供給能力は別に見る必要があります。

鉱石中のヒ素は、銅の製錬では除去や処分の対象にもなります。高濃度の成分を安定して管理する費用が、鉱石の取引条件や設備選択に影響します。一方、電子材料の市場は量より純度が重要です。資源を回収する能力と、周囲に放出しない管理能力が一体になって供給を支えます。

ヒ素および多くのヒ素化合物は有毒です。古い顔料や薬剤の用途は歴史上の事例であり、現在の使用を勧めるものではありません。

資料確認：2026年10月。資源統計の対象年は各出典に記載しています。