氮化鎵 GaN、Gallium nitride

氮化鎵 GaN、Gallium nitride

氮化鎵（GaN、Gallium nitride）是氮和鎵的化合物，是一種直接能隙的半導體，自1990年起常用在發光二極體中。此化合物結構類似纖鋅礦，硬度很高。

氮化鎵的能隙很寬，為3.4電子伏特，可以用在高功率、高速的光電元件中，例如氮化鎵可以用在紫光的雷射二極體，可以在不使用非線性半導體泵浦固體雷射器的條件下，產生紫光（405nm）雷射。

GaN是極穩定、堅硬的高熔點材料，熔點約為1700℃，GaN具有高的電離度，在Ⅲ—Ⅴ族化合物中是最高的（0.5或0.43）。在大氣壓力下，GaN晶體一般是六方纖鋅礦結構。它在一個無胞中有4個原子，原子體積大約為GaAs的一半。是研製微電子器件、光電子器件的新型半導體材料，並與SiC、金剛石等半導體材料一起，被譽為是繼第一代Ge、Si半導體材料、第二代GaAs、InP化合物半導體材料之後的第三代半導體材料。因其硬度高，又是一種良好的塗層保護材料。

GaN的化學特性、電學特性和光學特性。

1、GaN的化學特性
在室溫下，GaN不溶於水、酸和堿，而在熱的堿溶液中以非常緩慢的速度溶解。NaOH、H2SO4和H3PO4能較快地腐蝕品質差的GaN，可用於這些品質不高的GaN晶體的缺陷檢測。GaN在HCL或H2氣下，在高溫下呈現不穩定特性，而在N2氣下最為穩定。

2、GaN的電學特性
GaN的電學特性是影響器件的主要因素。未有意摻雜的GaN在各種情況下都呈n型,最好的樣品的電子濃度約為4×1016/cm3。一般情況下所製備的P型樣品，都是高補償的。據有關研究人員報告GaN最高遷移率資料在室溫和液氮溫度下分別為μn=600cm2/v‧s和μn=1500cm2/v‧s，相應的載流子濃度為n=4×1016/cm3和n=8×1015/cm3。近年報導的MOCVD沉積GaN層的電子濃度數值為4×1016/cm3、<1016/cm3；等離子啟動MBE的結果為8×103/cm3、<1017/cm3。未摻雜載流子濃度可控制在1014～1020/cm3範圍。另外，通過P型摻雜工藝和Mg的低能電子束輻照或熱退火處理，已能將摻雜濃度控制在1011～1020/cm3範圍。
3、GaN的光學特性
人們關注的GaN的特性，旨在它在藍光和紫光發射器件上的應用。氮化鎵電晶體是直接帶隙半導體材料,在室溫下有很寬的帶隙(3.39eV)。它在光電子器件如藍光、紫外、紫光等光發射二極體和鐳射二極體方面有著重要的應用。作為第三代半導體材料的代表，氮化鎵（GaN）基材料可製成高效藍、綠光發光二極體和鐳射二極體LD（又稱雷射器），並可延伸到白光，將替代人類沿用至今的照明系統。氮化鎵（GaN）基材料奠定了解決白色發光二極體的基礎，並且氮化鎵藍光LED相關材料及器件廣泛應用于全色大螢幕顯示器，高亮度LED交通信號和指標燈，以氮化鎵為基礎的高亮度半導體LED具有體積小、壽命長、功耗低等優點，並向著高亮度、全彩色、大型化方向發展。