Fig. 1. Sistema de medición e imagen de observación de TD en semiconductor de GaN mediante el método de fotoluminiscencia de excitación multifotónica. Los TD se observan como líneas oscuras. Crédito:Universidad de Osaka. Fig. 1. Sistema de medición e imagen de observación de TD en semiconductor de GaN mediante el método de fotoluminiscencia de excitación multifotónica. Los TD se observan como líneas oscuras. Crédito:Universidad de Osaka
El nitruro de galio (GaN) es un material semiconductor cuya amplia banda prohibida puede llevar algún día a reemplazar al silicio en aplicaciones electrónicas. Por lo tanto, es importante contar con técnicas de caracterización de GaN que puedan respaldar el desarrollo de dispositivos de GaN. Investigadores de la Universidad de Osaka han informado de un método no destructivo para caracterizar la calidad cristalina de GaN. Sus hallazgos fueron publicados en Física Aplicada Express .
Los dispositivos de conmutación de potencia GaN ofrecen numerosas ventajas, incluida la conmutación de alta velocidad, operación de alta potencia, baja resistencia, y alto voltaje de ruptura. Para aprovechar estas propiedades, la densidad de defectos de los cristales de GaN debe ser baja.
Las luxaciones roscadas (TD) son un tipo de defecto cristalino generado por la imperfección de los cristales que se propagan desde el sustrato a una capa epitaxial. Estos TD a menudo sirven como rutas de corriente de fuga.
Los TD se pueden clasificar utilizando sus vectores Burgers. Se pueden utilizar una variedad de métodos para analizar GaN y determinar los vectores Burgers de los TD; sin embargo, la mayoría tiene limitaciones asociadas, como preparación de muestras involucrada o área de análisis limitada. Las técnicas también pueden requerir una preparación de muestras destructiva, por lo que las muestras analizadas no se pueden reutilizar.
Por lo tanto, los investigadores utilizaron fotoluminiscencia de excitación multifotónica (MPPL) para evaluar GaN. MPPL es una técnica no destructiva en la que la luz del láser de excitación penetra profundamente en las muestras. Por tanto, es ideal para la evaluación tridimensional (3D) de defectos cristalinos en materiales.
Fig. 2. Clasificación e identificación de TDs observadas por el método de fotoluminiscencia de excitación multifotónica. A partir de la diferencia de contraste de la línea oscura y el mapa de distribución del ángulo de inclinación desde el eje c (izquierda), Se puede ver que los TD tienen tres tipos de propiedades. A partir del ángulo de inclinación y la distribución en la dirección en el plano de la inclinación (derecha), la distribución tiene una simetría de seis veces de acuerdo con la simetría en el plano del vector Burgers de TD mixtos. Crédito:Universidad de Osaka
"Utilizamos MPPL para llevar a cabo un estudio en profundidad de los defectos en los cristales de GaN mediante el análisis de las propiedades de fotoluminiscencia local y las estructuras del defecto 3D, ", explica la primera autora del estudio, Mayuko Tsukakoshi." Teniendo en cuenta nuestros hallazgos junto con los del método de fosa de grabado, permitió la clasificación estadística de los TD ".
Se encontró que los TD mixtos se extendían a través de GaN en grandes ángulos de inclinación. Además, el contraste de las señales de fotoluminiscencia indicó que los TD de tornillo tenían propiedades no radiativas más fuertes que los demás.
"Ser capaz de relacionar los hallazgos de MPPL con la calidad de los cristales de GaN proporciona una excelente herramienta para no destructivos, evaluación de sustrato de alto rendimiento, ", dice el autor correspondiente del estudio, Tomoyuki Tanikawa." Creemos que nuestros hallazgos ayudarán a identificar fácilmente los defectos que afectan la confiabilidad, así como mejorar los rendimientos para brindar rutas más eficientes a los dispositivos de GaN ".
