Galliumnitride (GaN) is een halfgeleidermateriaal waarvan de brede bandafstand er op een dag toe kan leiden dat het silicium in elektronische toepassingen vervangt. Het is daarom belangrijk om GaN-karakteriseringstechnieken te hebben die de ontwikkeling van GaN-apparaten kunnen ondersteunen. Onderzoekers van de Universiteit van Osaka hebben een niet-destructieve methode gerapporteerd om de kristallijne kwaliteit van GaN te karakteriseren. Hun bevindingen werden gepubliceerd in Technische Natuurkunde Express .

GaN-stroomschakelapparaten bieden tal van voordelen, waaronder snel schakelen, krachtige werking, lage weerstand, en hoge doorslagspanning. Om van deze eigenschappen te profiteren, de defectdichtheid van GaN-kristallen moet laag zijn.

Threading dislocaties (TD's) zijn een type kristaldefect dat wordt gegenereerd door de imperfectie van kristallen die zich vanuit het substraat voortplanten in een epitaxiale laag. Deze TD's dienen vaak als lekstroompaden.

TD's kunnen worden geclassificeerd met behulp van hun Burgers-vectoren. Er kan een verscheidenheid aan methoden worden gebruikt om GaN te analyseren en de Burgers-vectoren van de TD's te bepalen; echter, de meeste hebben bijbehorende beperkingen, zoals een betrokken monstervoorbereiding of een beperkt analysegebied. De technieken kunnen ook destructieve monstervoorbereiding vereisen, dus geteste monsters kunnen niet opnieuw worden gebruikt.

De onderzoekers gebruikten daarom multiphoton-excitatiefotoluminescentie (MPPL) om GaN te evalueren. MPPL is een niet-destructieve techniek waarbij het excitatielaserlicht diep in de monsters doordringt. Het is daarom ideaal voor de driedimensionale (3D) evaluatie van kristaldefecten in materialen.

"We hebben MPPL gebruikt om een ​​diepgaande studie van defecten in GaN-kristallen uit te voeren door de lokale fotoluminescentie-eigenschappen en de 3D-defectstructuren te analyseren, " legt studie eerste auteur Mayuko Tsukakoshi uit. "Gezien onze bevindingen samen met die van de etch pit-methode, maakte het vervolgens statistische classificatie van de TD's mogelijk."

De gemengde TD's bleken zich onder grote hellingshoeken door GaN uit te strekken. In aanvulling, het contrast van de fotoluminescentiesignalen gaf aan dat de schroef-TD's sterkere niet-stralingseigenschappen hadden dan de andere.

"Het kunnen relateren van MPPL-bevindingen aan de kwaliteit van GaN-kristallen biedt een uitstekend hulpmiddel voor niet-destructieve, hoge doorvoer substraat evaluatie, " studie corresponderende auteur Tomoyuki Tanikawa zegt. "Wij geloven dat onze bevindingen zullen helpen om gemakkelijk gebreken te identificeren die de betrouwbaarheid beïnvloeden, evenals het verbeteren van de opbrengsten om efficiëntere routes naar GaN-apparaten te geven."