Fig. 1. Système de mesure et image d'observation des TDs dans le semi-conducteur GaN par la méthode de photoluminescence d'excitation multiphotonique. Les TD sont observés sous forme de lignes sombres. Crédit :Université d'Osaka Fig. 1. Système de mesure et image d'observation des TDs dans le semi-conducteur GaN par la méthode de photoluminescence d'excitation multiphotonique. Les TD sont observés sous forme de lignes sombres. Crédit :Université d'Osaka
Le nitrure de gallium (GaN) est un matériau semi-conducteur dont la large bande interdite pourrait conduire un jour à supplanter le silicium dans les applications électroniques. Il est donc important de disposer de techniques de caractérisation GaN capables de supporter le développement de dispositifs GaN. Des chercheurs de l'Université d'Osaka ont rapporté une méthode non destructive pour caractériser la qualité cristalline du GaN. Leurs conclusions ont été publiées dans Physique Appliquée Express .
Les dispositifs de commutation de puissance GaN offrent de nombreux avantages, notamment la commutation à grande vitesse, fonctionnement à haute puissance, faible résistance à l'état passant, et une tension de claquage élevée. Pour profiter de ces propriétés, la densité de défauts des cristaux de GaN doit être faible.
Les dislocations de filetage (TD) sont un type de défaut cristallin généré par l'imperfection des cristaux qui se propagent du substrat dans une couche épitaxiale. Ces TD servent souvent de chemins de courant de fuite.
Les TD peuvent être classés à l'aide de leurs vecteurs Burgers. Diverses méthodes peuvent être utilisées pour analyser le GaN et déterminer les vecteurs de Burgers des TD; cependant, la plupart ont des limitations associées, tels que la préparation d'échantillons impliquée ou la zone d'analyse limitée. Les techniques peuvent également nécessiter une préparation destructive d'échantillons, les échantillons testés ne peuvent donc pas être réutilisés.
Les chercheurs ont donc utilisé la photoluminescence à excitation multiphotonique (MPPL) pour évaluer le GaN. MPPL est une technique non destructive dans laquelle la lumière laser d'excitation pénètre profondément dans les échantillons. Il est donc idéal pour l'évaluation tridimensionnelle (3D) des défauts cristallins des matériaux.
Fig. 2. Classification et identification des TD observées par la méthode de photoluminescence par excitation multiphotonique. A partir de la différence de contraste de la ligne sombre et de la carte de répartition de l'angle d'inclinaison par rapport à l'axe c (à gauche), on peut voir que les TD ont trois types de propriétés. A partir de l'angle d'inclinaison et de la répartition dans le plan de l'inclinaison (à droite), la distribution a une symétrie d'ordre six selon la symétrie dans le plan du vecteur de Burgers des TD mixtes. Crédit :Université d'Osaka
"Nous avons utilisé MPPL pour réaliser une étude approfondie des défauts dans les cristaux de GaN en analysant les propriétés de photoluminescence locale et les structures de défauts 3D, " explique Mayuko Tsukakoshi, premier auteur de l'étude. " Considérant nos résultats ainsi que ceux de la méthode de la fosse de gravure, nous avons ensuite permis une classification statistique des TD. "
On a trouvé que les TD mixtes s'étendaient à travers GaN à de grands angles d'inclinaison. En outre, le contraste des signaux de photoluminescence indiquait que les vis TD avaient des propriétés non radiatives plus fortes que les autres.
"Être capable de relier les résultats du MPPL à la qualité des cristaux de GaN fournit un excellent outil pour la non destructive, évaluation de substrat à haut débit, ", a déclaré l'auteur correspondant de l'étude, Tomoyuki Tanikawa. "Nous pensons que nos résultats aideront à identifier facilement les défauts qui affectent la fiabilité, ainsi que d'améliorer les rendements pour donner des routes plus efficaces aux appareils GaN."
