I ricercatori della Tohoku University hanno rivelato maggiori dettagli sulla spettroscopia a fotoluminescenza omnidirezionale (ODPL), un metodo per sondare i cristalli semiconduttori con la luce per rilevare difetti e impurità.

"I nostri risultati confermano l'accuratezza delle misurazioni ODPL e mostrano la possibilità di misurare l'assorbimento ottico dei cristalli con il metodo ODPL, rendendo il processo molto più semplice, ", afferma lo scienziato dei materiali della Tohoku University Kazunobu Kojima.

Sono stati fatti enormi passi avanti nello sviluppo di dispositivi elettronici e ottici altamente efficienti, per esempio. ultravioletto, blu, e diodi emettitori di luce (LED) bianchi e transistor ad alta frequenza, che utilizzano semiconduttori di nitruro, in particolare nitruro di alluminio e gallio (AlGaN), nitruro di indio gallio (InGaN), e nitruro di gallio (GaN).

GaN è un materiale adatto per dispositivi di potenza a causa della sua grande energia bandgap, campo di rottura elevato e velocità degli elettroni di saturazione elevata.

C'è una forte necessità per i produttori di essere in grado di rilevare i difetti dei cristalli e testare la loro efficienza. All'interno di tali cristalli di alta qualità, la concentrazione dei centri di ricombinazione non radiativa (NRC) funge da buon predittore della qualità dei cristalli.

spettroscopia di annientamento, la spettroscopia transitoria di livello profondo e la spettroscopia di fotoluminescenza (PL) sono tra le tecniche di stima per rilevare difetti puntuali che sono la fonte di NRC. La spettroscopia PL è interessante perché non richiede elettrodi e contatti.

Proposta per la prima volta da Kojima e dal suo team di ricerca nel 2016, ODPL è una nuova forma di spettroscopia PL che misura l'intensità PL utilizzando una sfera di integrazione per quantificare l'efficienza quantistica della radiazione nei cristalli semiconduttori campione. è non toccante, non distruttivo e buono per wafer GaN di grandi dimensioni per LED e transistor per l'illuminazione di ambienti per veicoli elettrici. Ancora, l'origine della struttura a due picchi formata in ODPL era rimasta elusiva fino ad ora.

Kojima e il suo team hanno combinato esperimenti di spettroscopia ODPL e PL standard (SPL) su un cristallo di GaN a varie temperature (T) comprese tra 12 K e 300 K. Il rapporto di intensità (r) degli spettri ODPL rispetto agli spettri SPL per l'emissione NBE di GaN ha mostrato una pendenza linearmente decrescente per l'energia del fotone (E) al di sotto di un'energia fondamentale di assorbimento del bordo (Eabs). La pendenza ottenuta in r corrispondeva alla cosiddetta coda di assorbimento di Urbach-Martienssen (UM), che si osserva in molti cristalli semiconduttori.

Perciò, l'origine della struttura a due picchi negli spettri ODPL attorno all'emissione NBE del cristallo di GaN esiste a causa della coda U-M.