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半導体用語集

窒化アルミニウム

英語表記：AlN

　結晶構造：主にウルツ鉱構造を取る。格子定数：a=0.3112nm，c=0.4982nm（閃亜鉛鉱構造では0.436nm）。バンド構造：直接遷移型。エネルギーギャップ：6.28eV（RT）。有効質量：伝導帯mc*/m₀=0.27（平均），0.25（⊥c軸），0.33（//c軸），重正孔帯mhh*/m₀=6.33（⊥c軸），3.68（//c軸），軽正孔帯mlh*/m₀=0.25（⊥c軸），3.68（//c軸），結晶場分裂帯mcfs*/m₀=3.68（⊥c軸），0.25（//c軸)。比誘電率：ε(0)=9.14（8.50），ε∞=4.84（4.68）。フォノンエネルギー：LO=113.2meV（E₁），110.7meV（A₁），TO=83.1meV（E₁），75.6meV（A₁）（ウルツ鉱構造），LO=111.8meV，TO=81.2meV（閃亜鉛鉱構造）。変形ポテンシャル：a=-9.0eV。弾性定数（×10¹¹dyne/cm²）：c₁₁=39.8，c₁₂=14.0，c₄₄=9.6（ウルツ鉱構造），c₁₁=30.4，c₁₂=15.2，c₄₄=19.9（閃亜鉛鉱構造）。熱伝導率：2.85W/cm･K。熱膨張係数（×10⁻⁶/K）：5.3（⊥c），4.2（//c）（300K）。融点：3,000℃。
　AlNは非常に大きなエネルギーギャップを持つため，GaNとの混晶AlGaNはInGaNを発光層とした青色LED，緑色LEDのキャリア閉じこめ層として使用される。また窒化物系半導体は，現在サファイア基板上に成長するのが主流であるが，その成長初期に均一に薄膜を形成するために低温成長AlNバッファ層を挿入し，高品質の薄膜がえられるようになった。Al₁₋xGaxNのAl組成を大きくすると，エネルギーギャップはEg(x)=0.53x²-3.31x+6.28（eV）に沿って大きくなるが，これに件って特にp型伝導度制御が困難になってくる。またGaNとAlNの熱膨張係数差に伴うクラックの発生も生じやすくなるため，使用できるAl組成には実質的な上限がある。AlGaNはまた青色半導体レーザの光閉じ込め層，窒化物系HEMT（高移動度トランジスタ）のAlGaN/GaN変調ドープ層としても使用される。

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