Des chercheurs de l'Université de Tohoku ont révélé plus de détails sur la spectroscopie de photoluminescence omnidirectionnelle (ODPL), une méthode pour sonder les cristaux semi-conducteurs avec de la lumière pour détecter les défauts et les impuretés.

"Nos résultats confirment la précision des mesures ODPL et montrent la possibilité de mesurer l'absorption optique des cristaux par la méthode ODPL, rendre le processus beaucoup plus facile, ", explique Kazunobu Kojima, scientifique en matériaux de l'Université du Tohoku.

D'énormes progrès ont été réalisés dans le développement de dispositifs électroniques et optiques hautement efficaces, par exemple. ultra-violet, bleu, et des diodes électroluminescentes blanches (LED) ainsi que des transistors haute fréquence, qui utilisent des semi-conducteurs au nitrure, en particulier le nitrure d'aluminium et de gallium (AlGaN), nitrure d'indium gallium (InGaN), et le nitrure de gallium (GaN).

GaN est un matériau approprié pour les appareils électriques en raison de sa grande énergie de bande interdite, champ de claquage élevé et vitesse de saturation élevée des électrons.

Il existe un fort besoin pour les fabricants de pouvoir détecter les défauts des cristaux et de tester leur efficacité. Dans ces cristaux de haute qualité, la concentration de centres de recombinaison non radiative (NRC) sert de bon prédicteur de la qualité des cristaux.

Spectroscopie d'annihilation, la spectroscopie transitoire de niveau profond et la spectroscopie de photoluminescence (PL) font partie des techniques d'estimation pour détecter les défauts ponctuels qui sont à l'origine des NRC. La spectroscopie PL est intéressante car elle ne nécessite ni électrodes ni contacts.

D'abord proposé par Kojima et son équipe de recherche en 2016, L'ODPL est une nouvelle forme de spectroscopie PL qui mesure l'intensité PL en utilisant une sphère d'intégration pour quantifier l'efficacité quantique du rayonnement dans des échantillons de cristaux semi-conducteurs. Il est non tactile, non destructif et bon pour les plaquettes GaN de grande taille pour les LED d'éclairage ambiant et les transistors pour les véhicules électriques. Encore, l'origine de la structure à deux pics formée dans ODPL était restée insaisissable jusqu'à présent.

Kojima et son équipe ont combiné des expériences de spectroscopie ODPL et PL standard (SPL) sur un cristal de GaN à différentes températures (T) entre 12 K et 300 K. Le rapport d'intensité (r) des spectres ODPL aux spectres SPL pour l'émission NBE de GaN a montré une pente décroissante linéairement pour l'énergie photonique (E) en dessous d'une énergie de bord d'absorption fondamentale (Eabs). La pente obtenue en r correspondait à la queue d'absorption dite d'Urbach-Martienssen (UM), ce qui est observé dans de nombreux cristaux semi-conducteurs.

Par conséquent, l'origine de la structure à deux pics dans les spectres ODPL autour de l'émission NBE du cristal de GaN existe à cause de la queue U-M.