GaN이란?

GaN (Gallium Nitride : 질화 갈륨)은 Ga (갈륨)와 N (질소)의 원소로 구성되는 화합물 반도체 재료입니다.
화합물 반도체란, 반도체의 일종으로 2가지 이상의 원소가 결합하여 구성된 반도체입니다.
GaN 이외의 화합물 반도체로는 SiC (Silicon Carbide : 탄화 규소), GaAs (Gallium Arsenide : 갈륨 비소), InAs (Indium Arsenide : 인듐 비소) 등이 있습니다.
Si의 물성치에 비해, GaN의 물성은 고온 동작, 고속 동작, 동작전압, 저소비전력 특징에서 우수합니다.
또한, Si와 달리 GaN 및 SiC는 밴드갭이 크기 때문에 와이드 밴드갭 반도체라고도 하며, 이러한 밴드갭이 클수록 고내압화가 가능해집니다.

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Electron Mobility (cm²/Vs) : GaN (2DEG=2Dimensional Electron Gas) 1500~2000

밴드갭이란?

전자가 지닐 수 있는 에너지는 에너지 준위라고 하는 전자 궤도 (s 궤도, p 궤도)에 대응하는 특정 수치입니다. 이러한 에너지 준위의 범위를 에너지 밴드 (에너지 띠)라고 합니다.
특히, 에너지 준위가 높은 에너지 밴드를 전도대, 에너지 준위가 낮은 에너지 밴드를 가전자대라고 합니다.

또한, 에너지 밴드 사이에는 전자가 존재하지 않는 범위인 금제대가 있으며, 이러한 금제대의 상단과 하단의 에너지 준위 차를 밴드갭이라고 합니다.
즉, 밴드갭이란 전자가 가전자대에서 전도대로 이동하기 위해 필요한 에너지입니다.
Si는 1.12eV, SiC는 3.26eV, GaN은 3.5eV로, 이중 가장 큰 밴드갭을 지닌 것이 GaN입니다.
밴드갭을 나타내는 단위는 eV (일렉트론 볼트)이며, 「1개의 전자가 1V의 전압에서 가속될 때 얻을 수 있는 에너지」로 정의되고, 1[eV]≒1.602×10^-19[J]입니다.

온도가 상승하면 열 에너지에 의해 전자가 가전자대에서 전도대로 이동하는 현상이 발생합니다 (예상하지 않은 동작).
전자가 이동하기 위해서는, 와이드 밴드갭 반도체인 GaN 및 SiC의 경우 Si보다 높은 열 에너지가 필요합니다. 따라서, GaN 및 SiC는 고내압화가 가능합니다.