Galliumnitrid

chemische Verbindung
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Galliumnitrid
Chemismus GaN
Kristallsystem hexagonal (kubisch)
Kristallklasse ___
Farbe farblos, weiß, grau, gelb
Strichfarbe ___
Härte ___
Dichte 6,15
Glanz Glasglanz
Opazität durchsichtig bis undurchsichtig
Bruch ___
Spaltbarkeit gut
Habitus ___
häufige Kristallflächen (0001)
Zwillingsbildung ___
Kristalloptik
Brechungsindices 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 breitlückiger (wide bandgap) Halbleiter, der in der Optoelektronik insbesondere für blaue, weiße und grüne LEDs und für Hocheistungs-, Hochtemperatur- und Hochfrequenzfeldeffekttransistoren verwendung findet. Darüber hinaus ist er für Sensorikanwendungen geeignet und es läßt sich durch Dotieren mit z.B. Mn wahrscheinlich 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 gewachsen. 1971 gelang Manasevit, Erdmann und Simpson zum ersten mal mit der MOCVD das Wachstum von GaN, was als wichtger Schritt 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 die p-Typ Dotierung zuerst 1988 der Gruppe von Akasaki gelang und 1992 [Shuji Nakamura] mit einem anderen Ansatz. Dies führte dann 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 Siliziumcarbid was als indirekter Halbleiter für eine effiziente Lichtemission ungeeignet ist.


Properties of GaN