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Aus Kefk.

Galliumnitrid
Chemismus	GaN
Kristallsystem	hexagonal (kubisch)
Kristallklasse	___
Farbe	farblos, weiß, grau, gelb
Strichfarbe	___
Härte	___
Dichte	6,15 g/cm³
Glanz	Glasglanz
Opazität	durchsichtig bis undurchsichtig
Bruch	___
Spaltbarkeit	gut
Habitus	___
häufige Kristallflächen	(0001)
Zwillingsbildung	___
Kristalloptik
Brechzahl	ca. 2,5 bei 400 nm
Doppelbrechung	___
Pleochroismus	___
optische Orientierung	___
Winkel/Dispersion der optischen Achsen	___
weitere Eigenschaften
chemisches Verhalten	sehr stabil gegen viele Säuren
ähnliche Minerale	____
Radioaktivität	nicht radioaktiv
Magnetismus	nicht magnetisch
besondere Kennzeichen	___
Kristallstruktur	Wurtzit (stabil), Zinkblende, Steinsalz (Hochdruckphase)
Gitterkonstante	Wurtzit: c = 0,5185 nm, a = 0,3189 nm; Zinkblende: a = 0,452 nm
Bandabstand	Wurtzit: 3,39 eV; Zinkblende: 3,2 eV

Galliumnitrid (GaN) ist ein III-V-Halbleiter mit großer elektronischer Bandlücke (wide bandgap), der in der Optoelektronik insbesondere für blaue, weiße und grüne LEDs und für Hochleistungs-, Hochtemperatur- und Hochfrequenzfeldeffekttransistoren Verwendung findet. Darüber hinaus ist es für Sensorikanwendungen geeignet. Es lässt sich vermutlich, durch Dotieren mit z. B. Mn, ein bei Raumtemperatur magnetischer Halbleiter realisieren, wie er für die Spintronik von Interesse ist.

GaN kristallisiert vorzugsweise in der (hexagonalen) Wurtzit-Struktur, die kubische Zinkblende-Modifikation ist nicht stabil.

Das Material wurde um 1930 zum ersten Mal synthetisiert und 1969 von Maruska und Tietjen erstmals mittels HVPE epitaktisch als Schicht aufgewachsen. 1971 gelang Manasevit, Erdmann und Simpson zum ersten Mal über MOCVD das Wachstum von GaN, was als wichtiger Schritt in der weiteren Entwicklung gelten kann.

Das Hauptproblem in der Herstellung von Bauelementen lag und liegt an der Schwierigkeit, aus GaN große Einkristalle herzustellen, um daraus hochwertige GaN-Wafer zu fertigen, und an der für fast alle optoelektronischen Bauelemente notwendigen p-Typ Dotierung. Die Qualität der (heteroepitaktischen) Schichten auf Fremdsubstraten, typischerweise Saphir, wurde durch die Arbeiten der Gruppe von Akasaki und von Nakamura Ende der 1980er Jahre soweit gesteigert, dass anschließend der Gruppe von Akasaki 1988 erstmals die p-Typ-Dotierung gelang, dann 1992 auch Shuji Nakamura mit einem anderen Ansatz. Dies führte zur ersten kommerziellen blauen LED, die, inzwischen erweitert um weiße und grüne LEDs sowie blaue Laser, seit 1993 von Nichia vertrieben wird.

Bis dahin basierten blaue LEDs auf dem Material Siliziumcarbid, das als indirekter Halbleiter für eine effiziente Lichtemission schlecht geeignet ist.

Neue Berühmtheit erlangte GaN durch die WiMax-Technologie. Für die hohe Frequenz (3.5 GHz) eignen sich derzeitige Technologien nicht. Neben dem Fremdsubstrat Saphir lässt sich heutzutage GaN auch auf SiC und auf Si herstellen. Rein technisch gesehen hat GaN auf SiC die Nase vorn, jedoch aufgrund der Substratkosten (ca. 1000 USD pro 4" Wafer) für die Massenproduktion momentan keine Bedeutung. Hier zeigt GaN auf Si von der Kostenseite Vorteile. Zudem hat SiC immer noch mit Gitterfehlern zu kämpfen, die zu Langzeitproblemen in den Serienprodukten führen.

Literatur

• Tsuda, Michinobu; Iwaya, Motoaki; Kamiyama, Satoru; Amano, Hiroshi; Akasaki, Isamu. Metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE) of nitride semiconductor at high growth rate, epitaxial substrates therefrom, and semiconductor devices using them. Jpn. Kokai Tokkyo Koho (2006)

Weblinks

• Properties of GaN, engl.
• Physikalische Daten, Ioffe-Institut St.Petersburg, engl.
• GaN auf SiC
• GaN auf Silizium

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