Fig. 1. Sistema di misura e immagine di osservazione di TD in semiconduttore GaN mediante metodo di fotoluminescenza ad eccitazione multifotonica. I TD sono osservati come linee scure. Credito:Università di Osaka Fig. 1. Sistema di misurazione e immagine di osservazione di TD in semiconduttore GaN mediante metodo di fotoluminescenza di eccitazione multifotone. I TD sono osservati come linee scure. Credito:Università di Osaka
Il nitruro di gallio (GaN) è un materiale semiconduttore la cui ampia banda proibita potrebbe un giorno portare a sostituire il silicio nelle applicazioni elettroniche. È quindi importante disporre di tecniche di caratterizzazione del GaN in grado di supportare lo sviluppo di dispositivi GaN. I ricercatori dell'Università di Osaka hanno segnalato un metodo non distruttivo per caratterizzare la qualità cristallina del GaN. I loro risultati sono stati pubblicati in Fisica Applicata Express .
I dispositivi di commutazione di potenza GaN offrono numerosi vantaggi tra cui la commutazione ad alta velocità, funzionamento ad alta potenza, bassa resistenza, e alta tensione di rottura. Per usufruire di queste proprietà, la densità dei difetti dei cristalli di GaN deve essere bassa.
Le dislocazioni di filettatura (TD) sono un tipo di difetto cristallino generato dall'imperfezione dei cristalli che si propagano dal substrato in uno strato epitassiale. Questi TD spesso servono come percorsi di corrente di dispersione.
I TD possono essere classificati utilizzando i loro vettori Burgers. È possibile utilizzare una varietà di metodi per analizzare il GaN e determinare i vettori Burgers dei TD; però, la maggior parte ha limitazioni associate, come la preparazione del campione coinvolta o l'area di analisi limitata. Le tecniche possono anche richiedere la preparazione distruttiva del campione, quindi i campioni testati non possono essere riutilizzati.
I ricercatori hanno quindi utilizzato la fotoluminescenza a eccitazione multifotonica (MPPL) per valutare il GaN. MPPL è una tecnica non distruttiva in cui la luce laser di eccitazione penetra in profondità nei campioni. È quindi ideale per la valutazione tridimensionale (3D) dei difetti dei cristalli nei materiali.
Fig. 2. Classificazione e identificazione dei TD osservati con il metodo della fotoluminescenza ad eccitazione multifotonica. Dalla differenza di contrasto della linea scura e dalla mappa di distribuzione dell'angolo di inclinazione dall'asse c (a sinistra), si può notare che i TD hanno tre tipi di proprietà. Dall'angolo di inclinazione e dalla distribuzione nella direzione nel piano dell'inclinazione (a destra), la distribuzione ha una simmetria di sei volte secondo la simmetria nel piano del vettore di Burgers dei TD misti. Credito:Università di Osaka
"Abbiamo utilizzato MPPL per effettuare uno studio approfondito dei difetti nei cristalli di GaN analizzando le proprietà di fotoluminescenza locale e le strutture dei difetti 3D, "Spiega il primo autore dello studio Mayuko Tsukakoshi. "Considerando i nostri risultati insieme a quelli del metodo della fossa di incisione, abbiamo quindi permesso la classificazione statistica dei TD".
È stato scoperto che i TD misti si estendono attraverso GaN con grandi angoli di inclinazione. Inoltre, il contrasto dei segnali di fotoluminescenza indicava che i TD a vite avevano proprietà non radiative più forti degli altri.
"Essere in grado di mettere in relazione i risultati dell'MPPL con la qualità dei cristalli di GaN fornisce uno strumento eccellente per valutazione del substrato ad alta produttività, ", afferma l'autore corrispondente dello studio Tomoyuki Tanikawa. "Riteniamo che i nostri risultati aiuteranno a identificare facilmente i difetti che influiscono sull'affidabilità, oltre a migliorare i rendimenti per fornire percorsi più efficienti ai dispositivi GaN."
