Forskare från Tohoku University har avslöjat mer detaljer om rundstrålande fotoluminescens (ODPL) spektroskopi - en metod för att sondera halvledande kristaller med ljus för att upptäcka defekter och föroreningar.

"Våra fynd bekräftar noggrannheten av ODPL-mätningar och visar möjligheten att mäta optisk absorption av kristaller med ODPL-metoden, gör processen mycket lättare, "säger Tohoku University materialvetare Kazunobu Kojima.

Stora framsteg har gjorts i utvecklingen av högeffektiva elektroniska och optiska enheter, t.ex. ultraviolett, blå, och vita lysdioder (LED) samt högfrekventa transistorer, som använder nitridhalvledare – särskilt aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), indiumgalliumnitrid (InGaN), och galliumnitrid (GaN).

GaN är ett lämpligt material för kraftenheter på grund av dess stora bandgap energi, högt nedbrytningsfält och hög mättnadselektronhastighet.

Det finns ett stort behov för tillverkare att kunna upptäcka kristalldefekter och testa deras effektivitet. Inuti sådana högkvalitativa kristaller, koncentrationen av icke-strålningsrekombinationscentra (NRC) fungerar som en bra prediktor för kristallkvaliteten.

Förintelse spektroskopi, djupnivå transient spektroskopi och fotoluminescens (PL) spektroskopi är bland uppskattningsteknikerna för att upptäcka punktdefekter som är källan till NRC. PL-spektroskopi är attraktivt eftersom det inte kräver några elektroder och kontakter.

Först föreslogs av Kojima och hans forskargrupp 2016, ODPL är en ny form av PL-spektroskopi som mäter PL-intensiteten genom att använda en integrerande sfär för att kvantifiera kvanteffektiviteten för strålning i provhalvledarkristaller. Det är icke-rörande, oförstörande och bra för stora GaN-skivor för rumsbelysning av lysdioder och transistorer för elfordon. Än, ursprunget till tvåtoppsstrukturen som bildades i ODPL hade förblivit svårfångad tills nu.

Kojima och hans team kombinerade ODPL och standard PL (SPL) spektroskopiexperiment på en GaN-kristall vid olika temperaturer (T) mellan 12 K och 300 K. Intensitetsförhållandet (r) mellan ODPL-spektra och SPL-spektra för NBE-emissionen av GaN visade en linjärt avtagande lutning för fotonenergi (E) under en fundamental absorptionskantenergi (Eabs). Lutningen som erhölls i r motsvarade den så kallade Urbach-Martienssen (UM) absorptionssvansen, som observeras i många halvledarkristaller.

Därför, ursprunget för tvåstoppsstrukturen i ODPL-spektra kring NBE-emissionen av GaN-kristallen existerar på grund av U-M-svansen.