計算化學數據
1、疏水參數計算參考值（XlogP）：無
2、氫鍵供體數量：0
3、氫鍵受體數量：1
4、可旋轉化學鍵數量：0
5、互變異構體數量：無
6、拓撲分子極性表面積：23.8
7、重原子數量：2
8、表面電荷：0
9、複雜度：10
10、同位素原子數量：0
11、确定原子立構中心數量：0
12、不确定原子立構中心數量：0
13、确定化學鍵立構中心數量：0
14、不确定化學鍵立構中心數量：0
15、共價鍵單元數量：1
性質與穩定性
如果遵照規格使用和儲存則不會分解。
避免接觸氧化物，熱，水分/潮濕。
GaN在1050℃開始分解：2GaN(s)=2Ga(g)+N2(g)。X射線衍射已經指出GaN晶體屬纖維鋅礦晶格類型的六方晶系。
在氮氣或氦氣中當溫度為1000℃時GaN會慢慢揮發，證明GaN在較高的溫度下是穩定的，在1130℃時它的蒸氣壓比從焓和熵計算得到的數值低，這是由于有多聚體分子(GaN)x的存在。
GaN不被冷水或熱水，稀的或濃的鹽酸、硝酸和硫酸，或是冷的40%HF所分解。在冷的濃堿中也是穩定的，但在加熱的情況下能溶于堿中。
合成方法
1、即使在1000℃氮與镓也不直接反應。在氨氣流中于1050～1100℃下加熱金屬镓30min可制得疏松的灰色粉末狀氮化镓GaN。加入碳酸铵可提供氣體以攪動液态金屬，并促使與氮化劑的接觸。
2、在幹燥的氨氣流中焙燒磨細的GaP或GaAs也可制得GaN。
材料簡介
GaN材料的研究與應用是目前全球半導體研究的前沿和熱點，是研制微電子器件、光電子器件的新型半導體材料，并與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。它具有寬的直接帶隙、強的原子鍵、高的熱導率、化學穩定性好（幾乎不被任何酸腐蝕）等性質和強的抗輻照能力，在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應用方面有着廣闊的前景。
材料特性
總述
GaN是極穩定的化合物，又是堅硬的高熔點材料，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。它在一個元胞中有4個原子，原子體積大約為GaAs的一半。因為其硬度高，又是一種良好的塗層保護材料。
化學特性
在室溫下，GaN不溶于水、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能較快地腐蝕質量差的GaN，可用于這些質量不高的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。
結構特性
GaN的晶體結構主要有兩種，分别是纖鋅礦結構與閃鋅礦結構。
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。一般情況下所制備的P型樣品，都是高補償的。
很多研究小組都從事過這方面的研究工作，其中中村報道了GaN最高遷移率數據在室溫和液氮溫度下分别為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。近年報道的MOCVD沉積GaN層的電子濃度數值為4 ×1016/cm3、<1016/cm3；等離子激活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，已能将摻雜濃度控制在1011～1020/cm3範圍。
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。Maruska和Tietjen首先精确地測量了GaN直接隙能量為3.39eV。幾個小組研究了GaN帶隙與溫度的依賴關系，Pankove等人估算了一個帶隙溫度系數的經驗公式：dE/dT=－6.0×10－4eV/k。 Monemar測定了基本的帶隙為3.503eV±0.0005eV，在1.6kT為Eg=3.503+（5.08×10－4T2)/(T－996) eV。
另外，還有不少人研究GaN的光學特性。
材料生長
GaN材料的生長是在高溫下，通過TMGa分解出的Ga與NH3的化學反應實現的，其可逆的反應方程式為：
Ga+NH3=GaN+3/2H2
生長GaN需要一定的生長溫度，且需要一定的NH3分壓。人們通常采用的方法有常規MOCVD(包括APMOCVD、LPMOCVD)、等離子體增強MOCVD（PE—MOCVD）和電子回旋共振輔助MBE等。所需的溫度和NH3分壓依次減少。本工作采用的設備是AP—MOCVD，反應器為卧式，并經過特殊設計改裝。用國産的高純TMGa及NH3作為源程序材料，用DeZn作為P型摻雜源，用（0001）藍寶石與（111）矽作為襯底采用高頻感應加熱，以低阻矽作為發熱體，用高純H2作為MO源的攜帶氣體。用高純N2作為生長區的調節。用HALL測量、雙晶衍射以及室溫PL光譜作為GaN的質量表征。要想生長出完美的GaN，存在兩個關鍵性問題，一是如何能避免NH3和TMGa的強烈寄生反應，使兩反應物比較完全地沉積于藍寶石和Si襯底上，二是怎樣生長完美的單晶。為了實現第一個目的，設計了多種氣流模型和多種形式的反應器，最後終于摸索出獨特的反應器結構，通過調節器TMGa管道與襯底的距離，在襯底上生長出了GaN。同時為了确保GaN的質量及重複性，采用矽基座作為加熱體，防止了高溫下NH3和石墨在高溫下的劇烈反應。對于第二個問題，采用常規兩步生長法，經過高溫處理的藍寶石材料，在550℃，首先生長250A0左右的GaN緩沖層，而後在1050℃生長完美的GaN單晶材料。對于 Si襯底上生長GaN單晶，首先在1150℃生長AlN緩沖層，而後生長GaN結晶。生長該材料的典型條件如下：
NH3：3L/min
TMGa：20μmol/minV/Ⅲ=6500
N2：3～4L/min
H2：2<1L/min
人們普遍采用Mg作為摻雜劑生長P型GaN，然而将材料生長完畢後要在800℃左右和在N2的氣氛下進行高溫退火，才能實現P型摻雜。本實驗采用 Zn作摻雜劑，DeZ2n/TMGa=0.15，生長溫度為950℃，将高溫生長的GaN單晶随爐降溫，Zn具有P型摻雜的能力，因此在本征濃度較低時，可望實現P型摻雜。
但是，MOCVD使用的Ga源是TMGa，也有副反應物産生，對GaN膜生長有害，而且，高溫下生長，雖然對膜生長有好處，但也容易造成擴散和多相膜的相分離。中村等人改進了MOCVD裝置，他們首先使用了TWO—FLOWMOCVD（雙束流MOCVD）技術，并應用此法作了大量的研究工作，取得成功。雙束流MOCVD生長示意圖如圖1所示。反應器中由一個H2+NH3+TMGa組成的主氣流，它以高速通過石英噴平行于襯底通入，另一路由H2+N2 形成輔氣流垂直噴向襯底表面，目的是改變主氣流的方向，使反應劑與襯底表面很好接觸。用這種方法直接在α—Al2O3基闆（C面）生長的GaN膜，電子載流子濃度為1×1018/cm3，遷移率為200cm2/v·s，這是直接生長GaN膜的最好值。
材料應用
新型電子器件
GaN材料系列具有低的熱産生率和高的擊穿電場，是研制高溫大功率電子器件和高頻微波器件的重要材料。目前，随着 MBE技術在GaN材料應用中的進展和關鍵薄膜生長技術的突破，成功地生長出了GaN多種異質結構。用GaN材料制備出了金屬場效應晶體管（MESFET）、異質結場效應晶體管(HFET)、調制摻雜場效應晶體管（MODFET）等新型器件。調制摻雜的AlGaN/GaN結構具有高的電子遷移率(2000cm2/v·s)、高的飽和速度(1×107cm/s)、較低的介電常數，是制作微波器件的優先材料；GaN較寬的禁帶寬度(3.4eV) 及藍寶石等材料作襯底，散熱性能好，有利于器件在大功率條件下工作。
光電器件
GaN材料系列是一種理想的短波長發光器件材料，GaN及其合金的帶隙覆蓋了從紅色到紫外的光譜範圍。自從1991年日本研制出同質結GaN藍色 LED之後，InGaN/AlGaN雙異質結超亮度藍色LED、InGaN單量子阱GaNLED相繼問世。目前，Zcd和6cd單量子阱GaN藍色和綠色 LED已進入大批量生産階段，從而填補了市場上藍色LED多年的空白。以發光效率為标志的LED發展曆程見圖3。藍色發光器件在高密度光盤的信息存取、全光顯示、激光打印機等領域有着巨大的應用市場。随着對Ⅲ族氮化物材料和器件研究與開發工作的不斷深入，GaInN超高度藍光、綠光LED技術已經實現商品化，現在世界各大公司和研究機構都紛紛投入巨資加入到開發藍光LED的競争行列。
1993年，Nichia公司首先研制成發光亮度超過lcd的高亮度GaInN/AlGaN異質結藍光LED，使用摻Zn的GaInN作為有源層，外量子效率達到2.7%,峰值波長450nm,并實現産品的商品化。1995年，該公司又推出了光輸出功率為2.0mW，亮度為6cd商品化GaN綠光 LED産品，其峰值波長為525nm，半峰寬為40nm。最近，該公司利用其藍光LED和磷光技術，又推出了白光固體發光器件産品，其色溫為6500K，效率達7.5流明/W。除Nichia公司以外，HP、Cree等公司相繼推出了各自的高亮度藍光LED産品。高亮度LED的市場預計将從1998年的 3.86億美元躍升為2003年的10億美元。高亮度LED的應用主要包括汽車照明，交通信号和室外路标，平闆金色顯示，高密度DVD存儲，藍綠光對潛通信等。
在成功開發Ⅲ族氮化物藍光LED之後，研究的重點開始轉向Ⅲ族氮化物藍光LED器件的開發。藍光LED在光控測和信息的高密度光存儲等領域具有廣闊的應用前景。目前Nichia公司在GaN藍光LED領域居世界領先地位，其GaN藍光LED室溫下2mW連續工作的壽命突破10000小時。HP公司以藍寶石為襯底，研制成功光脊波導折射率導引GaInN/AlGaN多量子阱藍光LED。CreeResearch公司首家報道了SiC上制作的CWRT藍光激光器，該激光器彩霞的是橫
向器件結構。富士通繼Nichia，CreeResearch和索尼等公司之後，宣布研制成了InGaN藍光激光器，該激光器可在室溫下CW應用，其結構是在SiC襯底上生長的，并且采用了垂直傳導結構（P型和n型接觸分别制作在晶片的頂面和背面），這是首次報道的垂直器件結構的CW藍光激光器。
在探測器方面，已研制出GaN紫外探測器，波長為369nm，其響應速度與Si探測器不相上下。但這方面的研究還處于起步階段。GaN探測器将在火焰探測、導彈預警等方面有重要應用。
應用前景
對于GaN材料，長期以來由于襯底單晶沒有解決，異質外延缺陷密度相當高，但是器件水平已可實用化。1994年日亞化學所制成1200mcd的 LED，1995年又制成Zcd藍光（450nmLED），綠光12cd(520nmLED);日本1998年制定一個采用寬禁帶氮化物材料開發LED的 7年規劃，其目标是到2005年研制密封在熒光管内、并能發出白色光的高能量紫外光LED，這種白色LED的功耗僅為白熾燈的1/8，是熒光燈的1/2, 其壽命是傳統熒光燈的50倍～100倍。這證明GaN材料的研制工作已取相當成功，并進入了實用化階段。InGaN系合金的生成，InGaN/AlGaN 雙質結LED，InGaN單量子阱LED，InGaN多量子阱LED等相繼開發成功。InGaNSQWLED6cd高亮度純綠茶色、2cd高亮度藍色 LED已制作出來，今後，與AlGaP、AlGaAs系紅色LED組合形成亮亮度全色顯示就可實現。這樣三原色混成的白色光光源也打開新的應用領域,以高可靠、長壽命LED為特征的時代就會到來。日光燈和電燈泡都将會被LED所替代。LED将成為主導産品，GaN晶體管也将随材料生長和器件工藝的發展而迅猛發展，成為新一代高溫度頻大功率器件。
缺點和問題
一方面，在理論上由于其能帶結構的關系，其中載流子的有效質量較大，輸運性質較差，則低電場遷移率低，高頻性能差。
另一方面，現在用異質外延（以藍寶石和SiC作為襯底）技術生長出的GaN單晶，還不太令人滿意（這有礙于GaN器件的發展），例如位錯密度達到了108~1010/cm2（雖然藍寶石和SiC與GaN的晶體結構相似，但仍然有比較大的晶格失配和熱失配）；未摻雜GaN的室溫背景載流子（電子）濃度高達1017cm-3（可能與N空位、替位式Si、替位式O等有關），并呈現出n型導電；雖然容易實現n型摻雜（摻Si可得到電子濃度1015~1020/cm3、室溫遷移率>300 cm2/ V.s 的n型GaN），但p型摻雜水平太低（主要是摻Mg），所得空穴濃度隻有1017~1018/cm3，遷移率<10cm2/V.s，摻雜效率隻有0.1%~1%（可能是H的補償和Mg的自身電離能較高所緻）。
優點與長處
①禁帶寬度大（3.4eV），熱導率高（1.3W/cm-K），則工作溫度高，擊穿電壓高，抗輻射能力強；
②導帶底在Γ點，而且與導帶的其他能谷之間能量差大，則不易産生谷間散射，從而能得到很高的強場漂移速度（電子漂移速度不易飽和）；
③GaN易與AlN、InN等構成混晶，能制成各種異質結構，已經得到了低溫下遷移率達到105cm2/Vs的2-DEG（因為2-DEG面密度較高，有效地屏蔽了光學聲子散射、電離雜質散射和壓電散射等因素）；
④晶格對稱性比較低（為六方纖鋅礦結構或四方亞穩的閃鋅礦結構），具有很強的壓電性（非中心對稱所緻）和鐵電性（沿六方c軸自發極化）：在異質結界面附近産生很強的壓電極化（極化電場達2MV/cm）和自發極化（極化電場達3MV/cm），感生出極高密度的界面電荷，強烈調制了異質結的能帶結構，加強了對2-DEG的二維空間限制，從而提高了2-DEG的面密度（在AlGaN/GaN異質結中可達到1013/cm2，這比AlGaAs/GaAs異質結中的高一個數量級），這對器件工作很有意義。
總之，從整體來看，GaN的優點彌補了其缺點，特别是通過異質結的作用，其有效輸運性能并不亞于GaAs，而制作微波功率器件的效果（微波輸出功率密度上）還往往要遠優于現有的一切半導體材料。
主要問題
因為GaN是寬禁帶半導體，極性太大，則較難以通過高摻雜來獲得較好的金屬-半導體的歐姆接觸，這是GaN器件制造中的一個難題，故GaN器件性能的好壞往往與歐姆接觸的制作結果有關。現在比較好的一種解決辦法就是采用異質結，首先讓禁帶寬度逐漸過渡到較小一些，然後再采用高摻雜來實現歐姆接觸，但這種工藝較複雜。總之，歐姆接觸是GaN器件制造中需要很好解決的一個主要問題。
國家标準
