En ny metode til at måle optisk absorption i halvlederkrystaller

Tohoku University forskere har afsløret flere detaljer om omnidirektionel fotoluminescens (ODPL) spektroskopi - en metode til at sondere halvledende krystaller med lys for at detektere defekter og urenheder.

"Vores resultater bekræfter nøjagtigheden af ​​ODPL-målinger og viser muligheden for at måle optisk absorption af krystaller ved ODPL-metoden, gør processen meget lettere, " siger Tohoku Universitys materialeforsker Kazunobu Kojima.

Der er gjort store fremskridt i udviklingen af ​​højeffektive elektroniske og optiske enheder, f.eks. ultraviolet, blå, og hvide lysemitterende dioder (LED'er) samt højfrekvente transistorer, der bruger nitridhalvledere - specifikt aluminium galliumnitrid (AlGaN), indium galliumnitrid (InGaN), og galliumnitrid (GaN).

GaN er et velegnet materiale til strømforsyninger på grund af dets store båndgab energi, højt nedbrydningsfelt og høj mætningselektronhastighed.

Der er et stort behov for, at producenter kan opdage krystalfejl og teste deres effektivitet. Indenfor sådanne højkvalitetskrystaller, koncentrationen af ​​ikke-strålende rekombinationscentre (NRC) tjener som en god forudsigelse for krystallernes kvalitet.

Tilintetgørelsesspektroskopi, dyb-niveau transient spektroskopi og fotoluminescens (PL) spektroskopi er blandt estimeringsteknikkerne til at detektere punktdefekter, som er kilden til NRC'er. PL-spektroskopi er attraktiv, fordi den ikke kræver nogen elektroder og kontakter.

Først foreslået af Kojima og hans forskerhold i 2016, ODPL er en ny form for PL-spektroskopi, der måler PL-intensiteten ved at bruge en integrerende kugle til at kvantificere kvanteeffektiviteten af ​​stråling i prøvehalvlederkrystaller. Det er ikke-rørende, ikke-destruktiv og god til GaN-wafere i store størrelser til lysdioder til rumbelysning og transistorer til elektriske køretøjer. Endnu, oprindelsen af ​​to-peak strukturen dannet i ODPL var forblevet uhåndgribelig indtil nu.

Kojima og hans team kombinerede ODPL og standard PL (SPL) spektroskopi eksperimenter på en GaN krystal ved forskellige temperaturer (T) mellem 12 K og 300 K. Intensitetsforholdet (r) mellem ODPL spektrene og SPL spektrene for NBE emissionen af ​​GaN viste en lineært aftagende hældning for fotonenergi (E) under en fundamental absorptionskantenergi (Eabs). Hældningen opnået i r svarede til den såkaldte Urbach-Martienssen (UM) absorptionshale, som er observeret i mange halvlederkrystaller.

Derfor, oprindelsen af ​​to-peak-strukturen i ODPL-spektrene omkring NBE-emissionen af ​​GaN-krystallen eksisterer på grund af U-M-halen.