Нитрид галлия
Элементарная ячейка кристалла GaN типа вюрцита.  Ga      N
Общие
Систематическое наименование	Нитрид галлия
Традиционные названия	азотистый галлий, мононитрид галлия, нитрид галлия(III)
Хим. формула	GaN
Рац. формула	GaN
Физические свойства
Состояние	жёлтый порошок
Молярная масса	83,73 г/моль
Плотность	6,15 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	>2500[1]
Теплопроводность	130 Вт/(м·K)
Химические свойства
Растворимость
• в воде	Взаимодействует
Оптические свойства
Показатель преломления	2,29
Структура
Координационная геометрия	тетраэдральная, пространственная группа C6v4-P63mc
Кристаллическая структура	типа вюрцита, постоянные решётки: a = 0,319 нм, b = 0,519 нм[2]
Классификация
Рег. номер CAS	25617-97-4
PubChem	117559
Рег. номер EINECS	247-129-0
SMILES	N#[Ga]
InChI	InChI=1S/Ga.N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N
RTECS	LW9640000
ChemSpider	105057
Безопасность
Токсичность	Нетоксичен
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Нитри́д га́ллия — бинарное неорганическое химическое соединение галлия и азота. Химическая формула GaN. При обычных условиях очень твёрдое вещество с кристаллической структурой типа вюрцита. Прямозонный полупроводник с широкой запрещённой зоной — 3,4 эВ (при 300 K).

Используется в качестве полупроводникового материала для изготовления оптоэлектронных приборов ультрафиолетового диапазона. С 1990 года начал широко использоваться в светодиодах, а также в мощных и высокочастотных полупроводниковых приборах.

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].

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:

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

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

Кристаллический нитрид галлия высокого качества может быть получен при низкой температуре методом осаждения из парогазовой фазы на AlN — буферном слое^[8]. Получение кристаллов нитрида галлия высокого качества позволило изучить проводимость p-типа данного соединения^[5].

Широко используется для создания светодиодов, полупроводниковых лазеров, сверхвысокочастотных (СВЧ) транзисторов.^[9]

Благодаря реализации p-n-перехода и легирования переходного слоя индием, удалось создать недорогие и высокоэффективные синие и УФ светодиоды^[5], эффективно излучающие при комнатной температуре^[10] (что необходимо в том числе 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 недорогих и высокоэффективных синих светодиодов из InGaN, обладающих высокой яркостью излучения, было последним в разработке светодиодов основных цветов и это позволило создать полноцветные светодиодные экраны^[12]. Кроме того, покрытие синего светодиода люминофором, переизлучающим часть синего излучения в зелёно-красной области, позволило создать белые светодиоды, широко применяющиеся в устройствах освещения, различных фонариках, лампах и светильниках различного назначения. Нитриды (полупроводники) третьей группы признаны одними из самых перспективных материалов для изготовления оптических приборов в видимой коротковолновой и УФ-области.

В 1993 году были получены первые экспериментальные полевые транзисторы из нитрида галлия^[13]. Сейчас эта область активно развивается. Сейчас нитрид галлия является перспективным материалом для создания высокочастотных, теплостойких и мощных полупроводниковых приборов^[14]. Большая ширина запрещённой зоны означает, что работоспособность транзисторов из нитрида галлия сохраняется при более высоких температурах, по сравнению с кремниевыми транзисторами^[15]. Из-за того, что транзисторы из нитрида галлия могут сохранять работоспособность при более высоких температурах и напряжениях, чем транзисторы из арсенида галлия, этот материал становится всё более привлекательным для создания приборов, применяемых в СВЧ усилителях мощности. Важными преимуществами транзисторов на основе этого полупроводника являются быстродействие в сравнении с изделиями, созданными по другим технологиям – MOSFET и IGBT, а также возможность работы при сильном напряжении и высокая надежность^[16]. Потенциальные рынки для высокомощных и высокочастотных приборов на основе GaN включают в себя СВЧ (радиочастотные усилители мощности) и высоковольтные коммутационные устройства для электрических сетей^[17].

Перспективным направлением использованием нитрида галлия является военная электроника, в частности, твердотельные приёмопередающие модули активной фазированной антенной решётки (АФАР) на основе GaN^[18]. В Европе лидером в разработке и применении в АФАР технологии приёмопередающих модулей (ППМ) на основе GaN является компания Airbus Defence and Space^[19][20], разработавшая и предлагающая ВМС ряда стран новую корабельную РЛС TRS-4D.

Имеет повышенную устойчивость к ионизирующему излучению (также, как и другие полупроводниковые материалы — нитриды III группы), что перспективно для создания длительно работающих солнечных батарей космических аппаратов.

Нитрид галлия является одним из самых востребованных и перспективных материалов современной электроники. Развитие технологий на основе этого полупроводника имеет стратегическое значение для таких отраслей, как телекоммуникации, автомобильная промышленность, промышленная автоматика и энергетика. По прогнозам ведущих аналитиков отрасли, среднегодовой темп роста мирового рынка силовой электроники на нитриде галлия до 2024 года составит 85 %.^[21]

В качестве подложки для нитрида галлия в полупроводниковых приборах используется сапфир, карбид кремния, а также алмаз.^[9]

Нитрид галлия является нетоксичным веществом^[22], но его пыль вызывает раздражение кожи, глаз и лёгких. Источниками нитрида галлия могут быть выбросы промышленных предприятий.

• Диод Шоттки
• Эпитаксия
  • Молекулярно-лучевая эпитаксия

• Физические свойства нитрида галлия // matprop.ru Архивная копия от 4 марта 2016 на Wayback Machine
• Кутолин С. А., Вулих А. И., Сергеева А. Е. Способ получения нитрида галлия — Авторское свидетельство СССР… Архивная копия от 12 декабря 2013 на Wayback Machine
• Боднарь Дмитрий. Нитрид галлия — премьер среди новых материалов полупроводниковой микроэлектроники // Компоненты и технологии №4 ’2018