Нитрид галлия

При нормальных условиях — бесцветный прозрачный кристалл. Кристаллизуется в структуре типа вюрцита, также возможна кристаллизация метастабильной фазы со структурой сфалерита (цинковой обманки). Тугоплавок и твёрд. В чистом виде довольно прочный. Обладает высокой теплопроводностью и теплоёмкостью[3].

Является прямозонным полупроводником с шириной запрещённой зоны 3.39 эВ при 300 K. В чистом виде может быть выращен в виде монокристаллических тонких плёнок на подложках из сапфира или карбида кремния, несмотря на то, что их постоянные решёток различны[3]. При легировании кремнием, либо кислородом приобретает электронный тип проводимости. При легировании магнием становится полупроводником с дырочным типом проводимости[4][5]. Но атомы кремния и магния, внедряясь в кристаллическую решётку GaN искажают её, что вызывает механическое растяжение кристаллической решётки и придаёт монокристаллам хрупкость[6]. Плёнки нитрида галлия, как правило, имеют высокую поверхностную концентрацию дислокаций (от 100 млн до 10 млрд на см²)[7].

Нитрид галлия является перспективным материалом для создания высокочастотных, теплостойких и мощных полупроводниковых приборов[8].

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

Кристаллический нитрид галлия высокого качества может быть получен при низкой температуре методом осаждения из парогазовой фазы на AlN — буферном слое[9]. Получение кристаллов нитрида галлия высокого качества позволило изучить проводимость p-типа данного соединения[5], благодаря реализации p-n-перехода, создать синие и УФ светодиоды[5], эффективно излучающие при комнатной температуре[10] (необходимая для лазерного излучения)[11]. 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.

Создание синих светодиодов из GaN, обладающих высокой яркостью излучения было последним в разработке светодиодов основных цветов и это позволило создать полноцветные светодиодные экраны[12].

Нитриды (полупроводники) третьей группы признаны одними из самых перспективных материалов для изготовления оптических приборов в видимой коротковолновой и УФ-области. Потенциальные рынки для высокомощных и высокочастотных приборов на основе GaN включают в себя СВЧ (радиочастотные усилители мощности) и высоковольтные коммутационные устройства для электрических сетей. Большая ширина запрещённой зоны означает, что работоспособность транзисторов из нитрида галлия сохраняется при более высоких температурах, по сравнению с кремниевыми транзисторами. В 1993 году были получены первые экспериментальные полевые транзисторы из нитрида галлия[13]. Сейчас эта область активно развивается.

Перспективным направлением использованием нитрида галлия является военная электроника, в частности, твердотельные приёмопередающие модули на основе GaN активной фазированной антенной решётки[14]. В Европе лидером в разработке и применении в АФАР технологии приёмопередающих модулей (ППМ) на основе GaN является компания Airbus Defence and Space[15][16], разработавшая и предлагающая ВМС ряда стран новую корабельную РЛС TRS-4D.

Кристаллы нитрида галлия выращивают прямым синтезом из элементов ${\displaystyle {\ce {N}}}$ и ${\displaystyle {\ce {Ga}}}$ при давлении 100 атм в атмосфере азота ${\displaystyle {\ce {N2}}}$ и температуре 750 °C (повышенное давления газовой среды необходимо для осуществления реакции галлия и азота при относительно невысоких температурах; в условиях низкого давления галлий не вступает в реакцию с азотом ниже 1000 °C):

${\displaystyle {\ce {2 Ga + N2 -> 2 GaN}}}$.

Порошок нитрида галлия можно также получить из химически более активных веществ:

${\displaystyle {\ce {2 Ga + 2NH3 -> 2 GaN + 3 H2 ^}}}$,

${\displaystyle {\ce {Ga2O3 + 2 NH3 -> 2 GaN + 3H2O}}}$.

Нитрид галлия является нетоксичным веществом[17], но его пыль вызывает раздражение кожи, глаз и лёгких. Источниками нитрида галлия могут быть выбросы промышленных предприятий.

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

• Физические свойства нитрида галлия
• Кутолин С. А.,Вулих А. И.,Сергеева А. Е. Способ получения нитрида галлия — Авторское свидетельство СССР …