Нитрид галлия — бинарное неорганическое химическое соединение галлия с азотом. Широко используется в светодиодах с 1990 года. Соединение представляет собой очень жесткий материал, который имеет кристаллическую структуру вюрцита. Широкая запрещенная зона — 3,4 эВ, говорит о его особых свойствах при применении в опто-электронных, мощных и высокочастотных устройствах. Его чувствительность к ионизирующему излучению низка (так же как и для других нитридов III группы), что делает его подходящим материалом для массивов солнечных батарей на спутниках. Из-за того что транзисторы из нитрида галлия могут работать при более высоких температурах и напряжениях, чем транзисторы из арсенида галлия, они становятся более привлекательными для применения в усилителях мощности СВЧ.

Физические свойства

Является важным прямозонным полупроводником с шириной запрещённой зоны 3.39 эВ при 300 K. Нитрид галлия очень тяжелый, механически стабильный материал с большой теплоемкостью^[2]. В чистом виде он способен противостоять растрескиванию и может храниться как тонкая пленка на сапфире или карбиде кремния, несмотря на несоответствие в их постоянных решетки^[2]. Нитрид галлия может быть легирован с кремнием, либо с кислородом^[3] формируя N-тип и с магнием формируя P-тип^[4]; однако, атомы кремния и магния изменяют путь роста кристаллов GaN, представляя собой статическое растяжение, что и делает их ломкими^[5]. Соединения нитрида галлия, как правило, обладают высокой пространственной частотой дефекта (порядка 100 млн до 10 млрд дефектов на см²)^[6].

Детали, созданные на основе нитрида галлия, являются очень чувствительными к электростатическим разрядам^[7].

Разработки

Широко используется для создания светодиодов, полупроводниковых лазеров, сверхвысокочастотных транзисторов.

Кристаллический нитрид галлия высокого качества может быть получен при низкой температуре методом технологии осаждения слоя буфером^[8]. Высококачественный кристалл нитрида галлия привел к тому, что были открыты полупроводник p-типа данного соединения^[4], p — n-переход голубых/УФ-светодиодов^[4] и эмиссия при комнатной температуре^[9] (необходимая для лазерного излучения)^[10]. Это привело к коммерциализации высокопроизводительных синих светодиодов и долгосрочной жизни фиолетово-лазерных диодов, а также дало развитие устройств на основе нитридов, таких как детекторы УФ и высокоскоростных полевых транзисторов.

Высокая яркость светодиодов из GaN завершила ряд эмиссии основных цветов — это позволило создать полноцветные светодиодные дисплеи^[11].

Нитриды (полупроводники) третьей группы признаны одними из самых перспективных материалов для изготовления оптических приборов в видимой коротковолновой и УФ-области. Потенциальные рынки для высокомощных/высокочастотных приборов на основе GaN включают в себя СВЧ (радиочастотные усилители мощности) и высоковольтные коммутационные устройства для электрических сетей. Большая ширина запрещенной зоны означает, что производительность транзисторов из нитрида галлия сохраняется вплоть до высоких температур, по сравнению с кремниевыми транзисторами. Первый нитрид галлия экспериментально показали в полупроводниковых полевых транзисторах в 1993 году^[12]; сейчас эта область активно развивается.

Синтез

Кристаллы нитрида галлия могут быть выращены сплавом Na и Ga, проводимый при давлении 100 атм в атмосфере N₂ при температуре 750 °C (присутствие давления обуславливается тем, что галлий не будет реагировать с азотом ниже 1000 °C при обычном давлении). Нитрид галлия создается двумя путями:

Безопасность

Токсикология нитрида галлия не была полностью изучена. Пыль вызывает раздражение кожи, глаз и легких. Источниками нитрида галлия могут быть промышленные предприятия.

См. также

• Диод Шоттки
• Полупроводник
• Молекулярно-лучевая эпитаксия
• Эпитаксия

Примечания