Нітрид галію

Нітрид галію - бінарне неорганічне хімічна сполука галію з азотом. Широко використовується в світлодіодах з 1990 року. З'єднання являє собою дуже твердий матеріал, який має кристалічну структуру вюрциту. Широка заборонена зона - 3,4 еВ, дозволяє використовувати його для створення опто-електронних пристроїв ультрафіолетового діапазону, а також потужних і високочастотних приладів. Його чутливість до іонізуючого випромінювання низька (так само як і для інших нітридів III групи), що робить його придатним матеріалом для масивів сонячних батарей на супутниках. Через те що транзистори з нітриду галію можуть працювати при більш високих температурах і напругах, ніж транзистори з арсеніду галію, вони стають більш привабливими для застосування в підсилювачах потужності СВЧ.


1. Фізичні властивості

Є прямозоні напівпровідником з шириною забороненої зони 3.39 еВ при 300 K. Нітрид галію дуже важкий, механічно стабільний матеріал з великою теплоємністю [2]. У чистому вигляді він здатний протистояти розтріскування і може зберігатися як тонка плівка на сапфірі або карбіді кремнію, незважаючи на невідповідність в їх постійних грат [2]. Нітрид галію може бути легований кремнієм, або киснем [3] формуючи N-тип і магнієм формуючи P-тип [4]; однак, атоми кремнію і магнію змінюють шлях росту кристалів GaN, являючи собою статичний розтяг, що і робить їх ламкими [5]. Сполуки нітриду галію, як правило, володіють високою просторовою частотою дефекту (близько 100 млн до 10 млрд дефектів на см ) [6].

Нітрид галію є перспективним матеріалом для високочастотних, високотемпературних і потужних застосувань. [7].


2. Розробки

Широко використовується для створення світлодіодів, напівпровідникових лазерів, надвисокочастотних транзисторів.

Кристалічний нітрид галію високої якості може бути отриманий при низькій температурі методом осадження з парогазової фази на AlN - буферному шарі [8]. Високоякісний кристал нітриду галію призвів до того, що були відкриті напівпровідник p-типу даного з'єднання [4], p - n-перехід блакитних / УФ-світлодіодів [4] та емісія при кімнатній температурі [9] (необхідна для лазерного випромінювання) [10]. Це призвело до комерціалізації високопродуктивних синіх світлодіодів і довгостроковій життя фіолетово-лазерних діодів, а також дало розвиток пристроїв на основі нітридів, таких як детектори УФ і високошвидкісних польових транзисторів.

Висока яскравість світлодіодів з GaN завершила ряд емісії основних кольорів - це дозволило створити повнокольорові світлодіодні дисплеї [11].

Нітриди (напівпровідники) третьої групи визнані одними з найперспективніших матеріалів для виготовлення оптичних приладів у видимій короткохвильової і УФ-області. Потенційні ринки для високопотужних / високочастотних приладів на основі GaN включають в себе НВЧ (радіочастотні підсилювачі потужності) і високовольтні комутаційні пристрої для електричних мереж. Велика ширина забороненої зони означає, що продуктивність транзисторів з нітриду галію зберігається аж до високих температур, в порівнянні з кремнієвими транзисторами. Перший нітрид галію експериментально показали в напівпровідникових польових транзисторах у 1993 році [12]; зараз ця область активно розвивається.


3. Синтез

Кристали нітриду галію можуть бути вирощені сплавом N і Ga, проведений при тиску 100 атм в атмосфері N 2 при температурі 750 C (присутність тиску обумовлюється тим, що галій не буде реагувати з азотом нижче 1000 C при звичайному тиску). Нітрид галію створюється двома шляхами:

~ \ Mathsf {2Ga +2 NH_3 \ longrightarrow 2GaN +3 H_2 \ uparrow}
~ \ Mathsf {Ga_2O_3 +2 NH_3 \ longrightarrow 2GaN +3 H_2O}

4. Безпека

Нітрид галію є нетоксичним [13]. Пил викликає роздратування шкіри, очей і легенів. Джерелами нітриду галію можуть бути промислові підприємства.