Nitruro de galio-indio

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El nitruro de galio-indio (InGaN, IndioxGalio1-xNitruro) es un material semiconductor hecho de una mezcla de nitruro de galio (GaN) y nitruro de Indio (InN). Pertenece al grupo de semiconductores III/ V. Su banda prohibida puede ser manipulada variando la cantidad de Indio en la aleación.[1] En el InGaN, la relación para los materiales InGa es usualmente 0.02/0.98 y 0.3/0.7.[2]

Aplicaciones LED con InGaN[editar]

El InGaN está en una de las capas emisoras de luz de los modernos LEDs de color azul y verde. Comúnmente el compuesto es crecido en una base de GaN sobre un substrato transparente, e.g. zafiro o carburo de silicio. Tiene alta capacidad calorífica y baja sensibilidad a la radiación ionizante como los otros nitruros del grupo III, lo que hacen de esta aleación potencialmente un material adecuado para construir células fotoeléctricas, especialmente para arreglos usados en satélites.

Teóricamente se puede predecir que la descomposición espinodal del nitruro de indio ocurrirá para compuestos entre 15% y 85%, permitiendo regiones o clusters de InGaN ricas en In y Ga. Sin embargo, solo una segregación de fase débil ha sido observada en estudios experimentales de estructura.[3] Otros resultados experimentales usando cátodo-luminiscencia y fotoluminiscencia en multi-pozos cuánticos de InGaN con bajo contenido de In, han demostrado que proporcionando correctamente los parámetros de materiales en aleaciones de InGaN/GaN, análisis teóricos usados para sistemas AlGaN/GaN también aplican para nanoestructuras de InGaN.[4]

El GaN es un material rico en defectos, típicamente con densidades de dislocaciones que exceden 108 cm−2.[5] La emisión de luz desde la capa con InGaN crecido sobre capas intermedias de GaN usados en LEDs azules y verdes se espera sea atenuada debido a la recombinación no-radiativa producida por tales efectos.[6] Sin embargo, los pozos cuánticos de InGaN, son eficientes emisores de luz en diodos verdes, azules, blancos y ultravioleta, así como en diodos láser[7] [8] [9]

Las regiones ricas en indio tienen una banda prohibida menor que el material que las rodea,[10] creando regiones con menor energía potencial para las portadoras de carga. Los pares electron-hueco (excitónes) son atrapados en estas regiones recombinándose,[11] produciendo así emisión de luz,[12] [13] [14] en vez de difundirse en los defectos del cristal donde la recombinación es no-radiativa. También, simulaciones atoconsistentes han mostrado que la recombinación radiativa (emisión espontánea) esta localizada donde existen regiones ricas en indio.[15]

La longitud de onda emitida, dependiente de la banda prohibida, puede ser controlada por la relación que se mantiene entre el GaN y el InN en la aleación, desde el ultravioleta cercano con 0.02In/0.98Ga hasta 390 nm con 0.1In/0.9Ga, azul-violeta (420 nm) con 0.2In/0.8Ga, azul (440 nm) con 0.3In/0.7Ga hasta el rojo y otras combinaciones mas altas, así como variando el espesor de las capas de InGaN, las cuales típicamente son de 2–3 nm.[16] [17] Otros estudios basados también en simulaciones, muestran que puede ser posible aumentar la eficiencia de la aleacione InGaN/GaN usando ingeniería de banda prohibida, especialmente para LEDs de color verde.[18]

Referencias[editar]

  1. M. Auf der Maur, K. Lorenz and A. Di Carlo. (2012). «"Band gap engineering approaches to increase InGaN/GaN LED efficiency"». Physica status solidi (c) (3-5):  p. 83-88. doi:10.1007/s11082-011-9536-x. 
  2. Linti, G.. The Group 13 Metals Aluminium, Gallium, Indium and Thallium. Chemical Patterns and Peculiarities. Edited by Simon Aldridge and Anthony J. Downs.Angew. Chem. doi:10.1002/anie.201105633. 
  3. V. Kachkanov, K.P. O’Donnell, S. Pereira, R.W. Martin (2007). Phil. Mag. 87. doi:10.1080/14786430701342164. 
  4. A. Reale1, A. Di Carlo, A. Vinattieri, M. Colocci, F. Rossi, N. Armani, C. Ferrari, G. Salviati, L. Lazzarini, V. Grillo. doi:10.1002/pssc.200460305. 
  5. Rak Jun Choi, Hyung Jae Lee, Yoon-bong Hahn, Hyung Koun Cho. Structural and optical properties of InGaN/GaN triangular-shape quantum wells with different threading dislocation densities. doi:10.1007/BF02705411. 
  6. P. G. Eliseev. «Radiative processes in InGaN quantum wells».
  7. Liang-Yi Chen, Ying-Yuan Huang, Chun-Hsiang Chang, Yu-Hsuan Sun, Yun-Wei Cheng, Min-Yung Ke, Cheng-Pin Chen, and JianJang Huang. doi:10.1364/OE.18.007664. 
  8. HJ Chang, et alter. «Strong luminescence from strain relaxed InGaN/GaN nanotips for highly efficient light emitters».
  9. C Skierbiszewski, P Perlin, I Grzegory, Z R Wasilewski, M Siekacz, A Feduniewicz, P Wisniewski, J Borysiuk, P Prystawko, G Kamler, T Suski and S Porowski. High power blue–violet InGaN laser diodes grown on bulk GaN substrates by plasma-assisted molecular beam epitaxy. doi:10.1088/0268-1242/20/8/030. 
  10. Steven Keeping (2012). «Understanding the Cause of Fading in High-Brightness LEDs».
  11. Hisashi Masui, Hitoshi Sato, Hirokuni Asamizu, Mathew C. Schmidt, Natalie N. Fellows, Shuji Nakamura, and Steven P. DenBaars. Radiative Recombination Efficiency of InGaN-Based Light-Emitting Diodes Evaluated at Various Temperatures and Injection Currents. doi:10.1143/JJAP.46.L627. 
  12. Yu-Jung Lu (呂宥蓉), Hon-Way Lin (林弘偉), Hung-Ying Chen (陳虹穎), Yu-Chen Yang (楊右丞), and Shangjr Gwo (果尚志), Single InGaN nanodisk light emitting diodes as full-color subwavelength light sources. doi:10.1063/1.3597211. 
  13. Hon-Way Lin (林弘偉), Yu-Jung Lu (呂宥蓉), Hung-Ying Chen (陳虹穎), Hong-Mao Lee (李弘貿), and Shangjr Gwo (果尚志). InGaN/GaN nanorod array white light-emitting diode. doi:http://dx.doi.org/10.1063/1.3478515. 
  14. Ivan Eliashevich. InGaN blue light-emitting diodes with optimized n-GaN layer. doi:10.1117/12.344483. 
  15. F. Sacconi, M. Auf der Maur, A. Pecchia, M. Lopez, A. Di Carlo. "Optoelectronic properties of nanocolumnar InGaN/GaN quantum disk LEDs" (2012). Physica status solidi (c) 9 (5):  pp. 1315–1319. doi:10.1002/pssc.201100205. 
  16. Linti, G.. The Group 13 Metals Aluminium, Gallium, Indium and Thallium. Chemical Patterns and Peculiarities. Edited by Simon Aldridge and Anthony J. Downs.Angew. Chem. doi:10.1002/anie.201105633. 
  17. Lai, Y.; Liu, C.; Chen, Z.. Tuning the emitting wavelength of InGaN/GaN superlattices from blue, green to yellow by controlling the size of InGaN quasi-quantum dot. doi:10.1016/j.tsf.2005.07.090. 
  18. M. Auf der Maur, K. Lorenz and A. Di Carlo. "Band gap engineering approaches to increase InGaN/GaN LED efficiency" (2012). Physica status solidi (c) 44 (3-5):  pp. 83-88. doi:10.1007/s11082-011-9536-x.