질화 인듐 갈륨

Indium gallium nitride
InGaN 파란색 LED(380–405nm)
GaN 또는 InGaN 청색 선원이 Ce를 펌프하는 백색 조명 LED의 스펙트럼:YAG 인광체

질화 인듐 갈륨(InGaN, InGaNx1-x(InGaN)은 질화 갈륨(Galium nitride)과 질화 인듐(Indium nitride)을 혼합해 만든 반도체 소재다.3차 그룹 III/그룹 Vdirect bandgapsem반도체다.그것의 밴드갭은 합금의 인듐 양을 변화시켜 조정할 수 있다.InGaN은x1−x InN의 적외선(0.69 eV)에서 GaN의 자외선(3.4 eV)까지 직접 밴드갭 스팬이 있다.In/Ga의 비율은 보통[clarification needed] 0.02/0.98에서 0.3/0.7 사이이다.[1]

적용들

LED들

질화 인듐 갈륨은 현대의 청색과 녹색 LED의 발광층으로 사파이어 또는 실리콘 카바이드와 같은 투명한 기질 위에서 종종 GaN 완충액에서 자란다.열용량이 높고 전리방사선에 대한 민감도가 낮으며(다른 그룹 III 질화물처럼) 태양전지 소자, 특히 위성용 배열을 위한 잠재적으로 적합한 물질이기도 하다.

이론적으로는 15%~85%의 합성물에 대해 질화 인듐의 스핀오달 분해가 일어나야 인리치 및 가 리치 InGaN 지역이나 클러스터가 될 것으로 예측된다.그러나, 실험 지역 구조 연구에서 약한 위상 분리가 관찰되었다.[2]In-콘텐츠가 낮은 InGaN 멀티퀀텀 웰에서 음극 발광과 광 발광을 사용한 다른 실험 결과는 InGaN/GaN 합금의 정확한 재료 매개변수를 제공하는 것으로, AlGaN/GaN 시스템의 이론적 접근방식이 InGaN 나노구조에도 적용된다는 것을 입증했다.[3]

GaN은 전형적인 탈구 밀도가[4] 108 cm를−2 초과하는 결함이 많은 물질이다.청색 및 녹색 LED에 사용되는 이러한 GaN 버퍼에서 자라는 InGaN 층의 광 방출은 그러한 결함에 대한 비방사성 재조합으로 인해 감쇠될 것으로 예상된다.[5]그럼에도 불구하고 InGaN 양자 웰은 녹색, 파란색, 흰색 및 자외선 발광 다이오드와 다이오드 레이저의 효율적인 발광체다.[6][7][8]인듐이 풍부한 지역은 주변 물질에 비해 대역 간극이 적고 충전 캐리어의 잠재적 에너지가 감소하는 지역을 형성한다.전자 구멍 쌍은 그곳에 갇혀 있다가 재조합이 방사성이 아닌 수정 결함에 확산되는 대신 빛의 방출로 재결합한다.또한 자체 정합성이 보장된 컴퓨터 시뮬레이션에서 방사선 재조합이 인듐이 풍부한 지역에 집중되어 있다는 것을 보여주었다.[9]

방출 파장은 소재의 밴드 갭에 따라 0.02In/0.98Ga ~ 390nm의 자외선으로부터 0.1의 경우 GaN/InN 비율로 조절할 수 있다.In/0.9Ga, 0.2용 보라색 420nmIn/0.8Ga, 0.3의 경우 파란색 440nm까지In/0.7Ga, 더 높은 비율을 위해 적색으로, 또한 일반적으로 2-3nm[citation needed] 범위에 있는 InGaN 레이어의 두께로.그러나 원자론적 시뮬레이션 결과는 방출 에너지가 기기 치수의 작은 변화에 약간 의존한다는 것을 보여주었다.[10]기기 시뮬레이션을 기반으로 한 연구에서는 특히 녹색 LED의 경우 대역 갭 엔지니어링을 이용해 InGaN/GaN LED 효율을 높일 수 있는 것으로 나타났다.[11]

광전학

햇빛과 좋은 스펙트럼 매치를 제공하는 범위에 걸쳐 InGaN과 밴드갭 엔지니어링을 수행하는 능력은 InGaN이 태양광 전지에 적합하게 만든다.[12][13]층간 격자 불일치로 인해 발생하는 결함에 소재가 상대적으로 무감각하기 때문에 서로 다른 밴드갑으로 여러 층을 재배하는 것이 가능하다.1.1 eV와 1.7 eV의 밴드갑이 있는 2단 멀티오작동 셀은 이론적으로 최대 50%의 최대 효율을 달성할 수 있으며, 다양한 밴드갑에 맞춰진 여러 레이어를 적층함으로써 이론적으로 최대 70%의 효율을 기대할 수 있다.[14]

실험용 InGaN 단일 접합 장치에서 상당한 광자폰수를 얻었다.[15][16]밴드 갭 엔지니어링이 되는 [17]광학 특성 제어 외에도 소재의 미세 구조를 엔지니어링하여 광학 경로 길이를 늘리고 광학 트래핑을 제공함으로써 광학 소자 성능을 향상시킬 수 있다.기기에서 나노초콜럼을 배양하면 빛과의 공명 상호작용을 더욱 유발할 수 있으며,[18] InGaN 나노초콜롬은 플라즈마 강화 증발을 이용하여 SiO에
2 성공적으로 침전되었다.[19]나노로드 성장은 또한 태양전지 효율을 감소시키는 충전 트랩 역할을 할 수 있는 발판 탈구 감소에도 유리할 수 있다.

금속으로 변형된 상피술은 첫 번째 원자 계층에서 변형률 완화에 의해 가능해진 거의 이상적인 특성을 가진 박막의 제어된 원자 층별 성장을 가능하게 한다.크리스탈의 격자 구조는 완벽한 크리스탈과 같은 조밀도와 일치한다.크리스탈은 x ~ 0.22 ~ 0.67 범위의 인듐 함량을 가지고 있었다.결정질 및 광학적 특성의 현저한 향상은 x ~ 0.6에서 시작되었다.필름은 인듐 통합이 용이하도록 약 400 °C에서 재배되었으며, 표면 형태학 및 금속 애드레이어 확산을 강화하기 위한 전구적 변조를 통해 재배되었다.이러한 결과는 높은 격자 미스핏 조건에서 질화 반도체 성장 기법 개발에 기여해야 한다.[21][22]

양자 이질구조

양자 이질 구조는 InGaN 활성 레이어가 있는 GaN에서 구축되는 경우가 많다.InGaN은 SiC, 사파이어 및 실리콘과 같은 다른 재료와 결합할 수 있다.

나노로드스

InGaN 나노로드 LED는 평면 LED에 비해 방출 표면이 크고 효율이 우수하며 광 방출이 큰 3차원 구조물이다.

안전 및 독성

InGaN의 독성학 연구는 아직 완전히 조사되지 않았다.그 먼지는 피부, 눈, 폐에 자극을 준다.질화 인듐 갈륨 선원의 환경, 건강 및 안전 측면(트리메틸린듐, 트리메틸갈륨, 암모니아 등)과 표준 MOVP 선원에 대한 산업 위생 모니터링 연구가 최근 검토에서 보고되었다.[23]

참고 항목

참조

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