Fig. 1. Sistema de medição e imagem de observação de TDs em semicondutor GaN pelo método de fotoluminescência por excitação multifotônica. TDs são observados como linhas escuras. Crédito:Universidade de Osaka Fig. 1. Sistema de medição e imagem de observação de TDs em semicondutor GaN pelo método de fotoluminescência de excitação multifotônica. TDs são observados como linhas escuras. Crédito:Universidade de Osaka
O nitreto de gálio (GaN) é um material semicondutor cujo amplo gap pode um dia levar à substituição do silício em aplicações eletrônicas. Portanto, é importante ter técnicas de caracterização de GaN que sejam capazes de apoiar o desenvolvimento de dispositivos de GaN. Pesquisadores da Universidade de Osaka relataram um método não destrutivo para caracterizar a qualidade cristalina do GaN. Suas descobertas foram publicadas em Física Aplicada Express .
Dispositivos de comutação de energia GaN oferecem inúmeras vantagens, incluindo comutação de alta velocidade, operação de alta potência, baixa resistência, e alta tensão de ruptura. Para aproveitar essas propriedades, a densidade de defeito dos cristais de GaN deve ser baixa.
Os deslocamentos de rosca (TDs) são um tipo de defeito do cristal gerado pela imperfeição dos cristais que se propagam do substrato para uma camada epitaxial. Esses TDs geralmente servem como caminhos de fuga de corrente.
Os DTs podem ser classificados usando seus vetores Burgers. Uma variedade de métodos pode ser usada para analisar GaN e determinar os vetores Burgers dos DTs; Contudo, a maioria tem limitações associadas, como preparação de amostra envolvida ou área de análise limitada. As técnicas também podem exigir preparação de amostra destrutiva, portanto, as amostras testadas não podem ser reutilizadas.
Os pesquisadores, portanto, usaram fotoluminescência de excitação multifotônica (MPPL) para avaliar GaN. MPPL é uma técnica não destrutiva em que a luz do laser de excitação penetra profundamente nas amostras. Portanto, é ideal para a avaliação tridimensional (3D) de defeitos de cristal em materiais.
Fig. 2. Classificação e identificação dos DTs observados pelo método de fotoluminescência por excitação multifotônica. A partir da diferença de contraste da linha escura e do mapa de distribuição do ângulo de inclinação do eixo c (esquerda), pode-se observar que os DTs possuem três tipos de propriedades. Do ângulo de inclinação e da distribuição na direção no plano da inclinação (direita), a distribuição tem uma simetria seis vezes de acordo com a simetria no plano do vetor Burgers de DTs mistos. Crédito:Universidade de Osaka
"Usamos MPPL para realizar um estudo aprofundado de defeitos em cristais de GaN, analisando as propriedades de fotoluminescência local e as estruturas de defeitos 3D, "explica o primeiro autor do estudo, Mayuko Tsukakoshi." A consideração de nossas descobertas juntamente com as do método de corrosão permitiu a classificação estatística dos DTs. "
Os TDs mistos foram encontrados para se estender através de GaN em grandes ângulos de inclinação. Além disso, o contraste dos sinais de fotoluminescência indicou que os TDs de parafuso tinham propriedades não radiativas mais fortes do que os outros.
"Ser capaz de relacionar as descobertas do MPPL com a qualidade dos cristais de GaN fornece uma excelente ferramenta para fins não destrutivos, avaliação de substrato de alto rendimento, "afirma o autor correspondente do estudo, Tomoyuki Tanikawa." Acreditamos que nossas descobertas ajudarão a identificar facilmente os defeitos que afetam a confiabilidade, além de melhorar os rendimentos para fornecer rotas mais eficientes aos dispositivos GaN. "
