Koolstofverontreiniging heeft lange tijd de efficiëntie in op nitride gebaseerde elektronische en optische apparaten belemmerd. Maar onderzoekers van Tohoku University, hebben een methode ontdekt die koolstofverontreiniging snel kan detecteren met behulp van licht.

Het gebruik van blauwe en witte light-emitting diodes (LED's) die nitridehalfgeleiders gebruiken, met name indium-galliumnitride (InGaN) en galliumnitride (GaN) - heeft geleid tot een sterke toename van de energie-efficiëntie. Van nature, onderzoekers hebben geprobeerd dit te repliceren in optische en elektronische toepassingen door nitridehalfgeleiders te gebruiken. Echter, een veelvoorkomend probleem ontstaat als gevolg van koolstofonzuiverheid, wat de prestaties aanzienlijk verslechtert.

Koolstofverontreiniging leidt tot diepe vallen, een ongewenst elektronisch defect waardoor de prestaties aanzienlijk worden verminderd. Echter, het detecteren van koolstofverontreiniging in halfgeleiderkristallen is een tijdrovend en kostbaar proces. Bij sommige methoden is het nodig om extra elektroden op het kristal te maken. Dus, het verhogen van de kosten en het remmen van de inspectiesnelheid. Andere methoden resulteren in het breken van nitridekristallen; daarom, waardoor de kristallen onbruikbaar worden.

Hoe dan ook, Universitair hoofddocent bij het Institute of Multidisciplinair Onderzoek naar geavanceerde materialen aan de Tohoku University, Kazunobu Kojima en zijn team hebben dit probleem opgelost door een manier te vinden om koolstofverontreiniging te identificeren met behulp van een sondeertechniek waarbij gebruik wordt gemaakt van licht dat geen fysiek contact maakt met de kristallen. De techniek wordt omnidirectionele fotoluminescentie (ODPL) spectroscopie genoemd.

Het proces van ODPL omvat eerst het verlichten van een kristal, zoals GaN, via buitenverlichting. Het externe licht wordt geabsorbeerd door het kristal, daardoor stimulerend. Om terug te keren naar de oorspronkelijke staat, daarom, het kristal creëert een licht om overtollige energie af te voeren.

Het gebruik van de ODPL zorgt voor een snelle evaluatie van de fotoluminescentie-efficiëntie met hoge nauwkeurigheid. Aangezien koolstofonzuiverheid de fotoluminescentie-efficiëntie vermindert, onderzoekers kunnen de koolstofconcentratie ook bepalen door de PL-efficiëntie te beoordelen.

Professor Kojima legde de voordelen van een dergelijk systeem uit. "Optische sondeertechnologieën zijn enorm nuttig vanwege hun niet-destructieve aard. Door licht te gebruiken, wij kunnen daarom, helpen bij het detecteren van koolstofonzuiverheid, wat uiteindelijk zo'n belemmering is voor GaN-apparaten, zoals LED's en vermogenstransistoren."

Een bijkomend voordeel van de ODPL-spectroscopie is dat deze niet alleen beperkt is tot op nitride-halfgeleider gebaseerde toepassingen. Het kan alle lichtemitterende materialen controleren die optische en elektronische eigenschappen bevatten. Een voorbeeld zijn perovskieten, die momenteel wordt gebruikt bij de productie van hoogrenderende zonnecellen.