אינדיום גליום ניטריד

אינדיום גליום ניטריד (InGaN, InxGa1−xN) הוא סגסוגת מוליכה למחצה העשויה מתערובת של גליום ניטריד (GaN) ו (InN). הפער האסור של הסגסוגת הוא . הוא ניתן לכוונון על ידי שינוי בכמות היחסית של האינדיום לגליום בסגסוגת, מהאינפרא אדום (0.69 eV) ב-InN לאולטרה סגול (3.4 eV) ב-GaN. היחס בין In / Ga הוא בדרך כלל בין 0.02 / 0.98 ל־0.3 / 0.7.

יישומים

דיודות פולטות אור 
גליום ניטריד אינדיום הוא השכבה פולטת האור בדיודות כחולות וירוקות מודרניות ולעיתים קרובות מגודל על חיץ GaN על מצע שקוף, כמו למשל ספיר או סיליקון קרביד. יש לו קיבול חום גבוה והרגישות שלו לקרינה מייננת נמוכה (כמו ניטרידים אחרים בקבוצה III), מה שהופך אותו לחומר שעשוי להתאים למכשירים פוטו-וולטאיים סולאריים, במיוחד עבור מערכים לוויינים.

ניתן לחזות תאורטית כי פירוק ספינודלי של אינדיום ניטריד צריך להתרחש עבור קומפוזיציות בין 15% ל-85%, מה שמוביל לאזורי InGaN או אשכולות עשירים בגליום ועשירים באינדיום. עם זאת, רק הפרדה בשלב חלש נצפתה במחקרי מבנה מקומי ניסיוניים. תוצאות ניסוי אחרות המשתמשות בקתודולומינציה ועירוי פוטולומינטי על בארות קוונטים מרובים שה-InGaN בתוכן נמוך, הוכיחו כי מתן פרמטרים חומריים נכונים של סגסוגות InGaN / GaN, גישות תאורטיות עבור מערכות AlGaN / GaN, חלות גם על ננו-מבנים של InGaN.

GaN הוא חומר עשיר במומים עם צפיפות פריקה אופיינית העולה על 108 ס"מ 2-. פליטת אור משכבות InGaN שגדלו על מאגרי GaN כאלה המשמשים בדיודות LED בצבע כחול וירוק, צפויה להיות מושמצת בגלל שילוב לא מקרין בפגמים כאלה. אף על פי כן, בארות קוונטים של InGaN הם פולטי אור יעילים של אור ירוק, כחול, לבן ודיודות פולטות אור על-סגול ודיודות לייזר. האזורים העשירים באינדיום הם בעלי פער אסור נמוך יותר מהחומר שמסביב ויוצרים אזורים בעלי אנרגיה פוטנציאלית מופחתת עבור נשאי מטען. זוגות חור של אלקטרונים נלכדים שם ומשתלבים מחדש עם פליטת אור, במקום להתפזר לפגמים גבישיים שבהם השילוב אינ מקרין. כמו כן, הדמיות מחשב עקביות עם עצמן (self-consistent) הראו כי שילוב קרינתי ממוקד באזורים עשירים באינדיום.

ניתן לשלוט באורך הגל הנפלט, שתלוי בפער האסור של החומר, על ידי יחס ה-GaN / InN, מקרוב לאולטרה סגול עבור 0.02In / 0.98Ga עד 390 ננומטר עבור 0.1In / 0.9Ga, סגול-כחול 420 ננומטר עבור 0.2In / 0.8Ga, לכחול 440 ננומטר עבור 0.3In / 0.7Ga, לאדום ביחס גבוה יותר וגם לפי עובי שכבות ה-InGaN הנמצאות בדרך כלל בטווח של 2–3 נאנומטר. עם זאת, תוצאות הסימולציות האטומיסטיות הראו כי לאנרגיות הפליטה יש תלות קלה בווריאציות קטנות של מידות המכשיר. מחקרים שהתבססו על הדמיית מכשירים הראו כי ניתן יהיה להגדיל את יעילות ה-InGaN / GaN LED באמצעות הנדסת פער הפס, במיוחד עבור דיודות LED ירוקות.

פוטו-וולטאיקה 
היכולת לבצע הנדסת פערי פס עם InGaN בטווח המספק התאמה ספקטרלית טובה לאור השמש, הופכת את InGaN לתאים פוטו-וולטאיים סולאריים טובים. אפשר לגדל שכבות מרובות עם פערי פס שונים, מכיוון שהחומר לא רגיש יחסית לפגמים שהוצגו על ידי אי התאמה של הסריג בין השכבות. תא רב-צמתי דו-שכבתי עם פערי פס של 1.1 eV ו-1.7 eV יכול להשיג יעילות מקסימלית של 50% תאורטית, ועל ידי הפקדת שכבות מרובות המותאמות למגוון רחב של פערי פס, צפויה תאורטית יעילות של עד 70%.

תגובת פוטונית משמעותית הושגה ממכשירי InGaN חד-צמתי ניסיוניים. בנוסף לשליטה בתכונות האופטיות, שמביאה להנדסת פער הפס, ניתן לשפר את ביצועי המכשירים הפוטוולטאיים על ידי הנדסת המבנה המיקרוסקופי של החומר כדי להגדיל את אורך הנתיב האופטי ולספק לכידת אור. גידול ננו-עמודים במכשיר יכול להביא להוסיף לאינטראקציה מהדהדת עם אור, וננו-עמודים של InGaN הופקדו בהצלחה ב-  באמצעות אידוי משופר בפלזמה. גידול ננו-מוטות (nanorod) עשוי להועיל גם בהפחתת העקירות הטורדניות אשר עשויות לשמש כמלכודות טעינה המפחיתות את יעילות תאי השמש.

אפיטקסיה שמווסתת על ידי מתכת מאפשרת צמיחה אטומית מבוקרת, שכבה אחרי שכבה, של סרטים דקים עם מאפיינים כמעט אידיאליים המאפשרים רגיעה במתח בשכבה האטומית הראשונה. מבני הסריג של הגביש מתאימים זה לזה, ודומים לגביש מושלם, עם התאורה המתאימה. לגביש היה תוכן אינדיום שנע בין x ∼ 0.22 ל־0.67. שיפור משמעותי באיכות הגבישית ובתכונות האופטיות החל ב-x ∼ 0.6. הסרטים גודלו ב -400 מעלות צלזיוס כדי להקל על שילוב אינדיום ועם אפנון מקדים לשיפור מורפולוגיית פני השטח והתפשטות המתכת. ממצאים אלה צריכים לתרום להתפתחות של טכניקות גידול למוליכים למחצה של ניטריד בתנאי התאמה לא טובים של הסריג.

הטרו-מבנים קוונטים 
מבנים הטרו-מבניים קוונטיים בנויים לרוב מ-GaN עם שכבות פעילות של InGaN. ניתן לשלב את InGaN עם חומרים אחרים, למשל GaN, AlGaN, ב-SiC, ספיר ואפילו סיליקון.

בטיחות ורעילות 
הרעלנים של InGaN לא נחקרו במלואה. האבק מגרה עור, עיניים וריאות. ההיבטים הסביבתיים, הבריאותיים והבטיחותיים של מקורות גליום ניטריד אינדיום (כגון trimethylindium, trimethylgallium ואמוניה) ומחקרים על ניטור גיהות תעשייתית לסטנדרטים של מקורות MOVPE דווחו בסקירה מ-2004.

קישורים חיצוניים

הערות שוליים 

גליום: תרכובות
דיודות
חנקן: תרכובות