Kolföroreningar har länge hindrat effektiviteten i nitridbaserade elektroniska och optiska enheter. Men forskare vid Tohoku University, har upptäckt en metod som snabbt kan upptäcka kolföroreningar med hjälp av ljus.

Användningen av blå och vita lysdioder (LED) som använder nitridhalvledare - särskilt indiumgalliumnitrid (InGaN) och galliumnitrid (GaN) - har lett till en kraftig ökning av energieffektiviteten. Naturligtvis, forskare har försökt replikera detta i optiska och elektroniska tillämpningar genom att använda nitridhalvledare. Dock, ett vanligt problem uppstår på grund av kolföroreningar, vilket avsevärt försämrar prestandan.

Kolföroreningar leder till djupa fällor, en oönskad elektronisk defekt genom vilken prestandan avsevärt försämras. Dock, att detektera kolföroreningar i halvledarkristaller är en tidskrävande och kostsam process. Vissa metoder kräver att ytterligare elektroder skapas på kristallen. Således, höja kostnaderna och hämma inspektionshastigheten. Andra metoder resulterar i brott av nitridkristaller; därför, gör kristallerna oanvändbara.

Ändå, Docent för Institutet för multidisciplinär forskning för avancerade material vid Tohoku University, Kazunobu Kojima och hans team löste detta problem genom att skapa ett sätt att identifiera kolföroreningar med hjälp av en sonderingsteknik som använder ljus som inte gör någon fysisk kontakt med kristallerna. Tekniken kallas rundstrålande fotoluminescens (ODPL) spektroskopi.

Processen med ODPL involverar först att belysa en kristall, såsom GaN, via externt ljus. Det yttre ljuset absorberas av kristallen, därigenom stimulerar den. För att återgå till sitt ursprungliga tillstånd, därför, kristallen skapar ett ljus för att skingra överflödig energi.

Att använda ODPL möjliggör snabb utvärdering av fotoluminescenseffektivitet med hög noggrannhet. Eftersom kolföroreningar minskar fotoluminescenseffektiviteten, forskare kan också bestämma kolkoncentrationen genom att bedöma PL-effektiviteten.

Professor Kojima förklarade fördelarna med ett sådant system. "Optisk sonderingsteknik är oerhört fördelaktig på grund av sin oförstörande natur. Genom att använda ljus, vi kan därför hjälpa till att upptäcka kolföroreningar som i slutändan är ett sådant hinder för GaN-enheter, såsom lysdioder och krafttransistorer."

En ytterligare fördel med ODPL-spektroskopin är att den inte bara är begränsad till nitrid-halvledarbaserad tillämpning. Den kan kontrollera alla ljusavgivande material som innehåller optiska och elektroniska egenskaper. Ett exempel skulle vara perovskites, som för närvarande används vid tillverkning av högeffektiva solceller.