Tohoku University-onderzoekers hebben meer details onthuld over omnidirectionele fotoluminescentie (ODPL) spectroscopie - een methode om halfgeleidende kristallen met licht te onderzoeken om defecten en onzuiverheden te detecteren.

"Onze bevindingen bevestigen de nauwkeurigheid van ODPL-metingen en tonen de mogelijkheid om optische absorptie van kristallen te meten met de ODPL-methode, het proces veel gemakkelijker maken, ", zegt materiaalwetenschapper Kazunobu Kojima van Tohoku University.

Er zijn enorme vorderingen gemaakt bij de ontwikkeling van zeer efficiënte elektronische en optische apparaten, bijv. ultraviolet, blauw, en witte lichtgevende diodes (LED's) evenals hoogfrequente transistors, die nitridehalfgeleiders gebruiken, met name aluminiumgalliumnitride (AlGaN), indiumgalliumnitride (InGaN), en galliumnitride (GaN).

GaN is een geschikt materiaal voor stroomapparatuur vanwege de grote bandgap-energie, hoog doorslagveld en hoge verzadigingselektronensnelheid.

Er is een sterke behoefte voor fabrikanten om kristaldefecten te detecteren en hun efficiëntie te testen. Binnen zulke hoogwaardige kristallen, de concentratie van niet-radiatieve recombinatiecentra (NRC) dient als een goede voorspeller van de kristalkwaliteit.

Annihilatie spectroscopie, deep-level transiënte spectroscopie en fotoluminescentie (PL) spectroscopie behoren tot de schattingstechnieken voor het detecteren van puntdefecten die de bron zijn van NRC's. PL-spectroscopie is aantrekkelijk omdat er geen elektroden en contacten voor nodig zijn.

Voor het eerst voorgesteld door Kojima en zijn onderzoeksteam in 2016, ODPL is een nieuwe vorm van PL-spectroscopie die de PL-intensiteit meet door een integrerende bol te gebruiken om de kwantumefficiëntie van straling in halfgeleiderkristallen te kwantificeren. Het is niet aanraken, niet-destructief en goed voor grote GaN-wafers voor kamerverlichting LED's en transistors voor elektrische voertuigen. Nog, de oorsprong van de structuur met twee pieken gevormd in ODPL was tot nu toe ongrijpbaar gebleven.

Kojima en zijn team combineerden ODPL en standaard PL (SPL) spectroscopie-experimenten op een GaN-kristal bij verschillende temperaturen (T) tussen 12 K en 300 K. De intensiteitsverhouding (r) van de ODPL-spectra tot SPL-spectra voor de NBE-emissie van GaN toonde een lineair afnemende helling voor fotonenergie (E) onder een fundamentele absorptierandenergie (Eabs). De helling verkregen in r kwam overeen met de zogenaamde Urbach-Martienssen (UM) absorptiestaart, die wordt waargenomen in veel halfgeleiderkristallen.

Daarom, de oorsprong van de twee-piekstructuur in de ODPL-spectra rond de NBE-emissie van het GaN-kristal bestaat vanwege de U-M-staart.