L'impureté de carbone a longtemps entravé l'efficacité des dispositifs électroniques et optiques à base de nitrure. Mais les chercheurs de l'Université du Tohoku, ont découvert une méthode capable de détecter rapidement les impuretés de carbone à l'aide de la lumière.

L'utilisation de diodes électroluminescentes (DEL) bleues et blanches qui utilisent des semi-conducteurs au nitrure - en particulier le nitrure d'indium et de gallium (InGaN) et le nitrure de gallium (GaN) - a conduit à une forte augmentation de l'efficacité énergétique. Naturellement, les chercheurs ont essayé de reproduire cela dans des applications optiques et électroniques en utilisant des semi-conducteurs au nitrure. Cependant, un problème courant survient en raison de l'impureté du carbone, ce qui dégrade considérablement les performances.

L'impureté de carbone conduit à des pièges profonds, un défaut électronique indésirable par lequel les performances sont considérablement réduites. Cependant, la détection d'impuretés de carbone dans les cristaux semi-conducteurs est un processus long et coûteux. Certaines méthodes nécessitent de créer des électrodes supplémentaires sur le cristal. Ainsi, augmentant les coûts et inhibant la vitesse d'inspection. D'autres méthodes entraînent la rupture des cristaux de nitrure; donc, rendant les cristaux inutiles.

Néanmoins, Professeur agrégé à l'Institut de recherche multidisciplinaire pour les matériaux avancés de l'Université de Tohoku, Kazunobu Kojima et son équipe ont résolu ce problème en créant un moyen d'identifier les impuretés de carbone à l'aide d'une technique de sondage utilisant une lumière qui n'établit aucun contact physique avec les cristaux. La technique est appelée spectroscopie de photoluminescence omnidirectionnelle (ODPL).

Le procédé de l'ODPL consiste tout d'abord à éclairer un cristal, comme le GaN, par l'éclairage extérieur. La lumière extérieure est absorbée par le cristal, le stimulant ainsi. Pour revenir à son état initial, donc, le cristal crée une lumière pour dissiper l'excès d'énergie.

L'utilisation de l'ODPL permet une évaluation rapide de l'efficacité de la photoluminescence avec une grande précision. Étant donné que l'impureté de carbone réduit l'efficacité de la photoluminescence, les chercheurs peuvent également déterminer la concentration de carbone en évaluant l'efficacité de la PL.

Le professeur Kojima a expliqué les avantages d'un tel système. « Les technologies de palpage optique sont extrêmement bénéfiques en raison de leur nature non destructive. En utilisant la lumière, on peut donc, aider à détecter l'impureté de carbone qui est finalement un tel obstacle pour les appareils GaN, comme les LED et les transistors de puissance."

Un avantage supplémentaire de la spectroscopie ODPL est qu'elle n'est pas seulement limitée à une application à base de nitrure-semi-conducteur. Il peut vérifier tous les matériaux électroluminescents qui contiennent des propriétés optiques et électroniques. Un exemple serait les pérovskites, qui est actuellement utilisé dans la fabrication de cellules solaires à haut rendement.