Los investigadores de la Universidad de Tohoku han revelado más detalles sobre la espectroscopía de fotoluminiscencia omnidireccional (ODPL), un método para sondear cristales semiconductores con luz para detectar defectos e impurezas.

"Nuestros hallazgos confirman la precisión de las mediciones de ODPL y muestran la posibilidad de medir la absorción óptica de cristales mediante el método ODPL, facilitando mucho el proceso, "dice el científico de materiales de la Universidad de Tohoku, Kazunobu Kojima.

Se han logrado grandes avances en el desarrollo de dispositivos electrónicos y ópticos de alta eficiencia, p.ej. ultravioleta, azul, y diodos emisores de luz (LED) blancos, así como transistores de alta frecuencia, que utilizan semiconductores de nitruro, específicamente nitruro de aluminio y galio (AlGaN), nitruro de galio indio (InGaN), y nitruro de galio (GaN).

GaN es un material adecuado para dispositivos de potencia debido a su gran banda prohibida, alto campo de ruptura y alta velocidad de saturación de electrones.

Existe una gran necesidad de que los fabricantes puedan detectar defectos en los cristales y probar su eficacia. Dentro de cristales de tan alta calidad, la concentración de centros de recombinación no radiativa (NRC) sirve como un buen predictor de la calidad de los cristales.

Espectroscopia de aniquilación, La espectroscopía transitoria de nivel profundo y la espectroscopía de fotoluminiscencia (PL) se encuentran entre las técnicas de estimación para detectar defectos puntuales que son la fuente de NRC. La espectroscopia PL es atractiva porque no requiere electrodos ni contactos.

Propuesto por primera vez por Kojima y su equipo de investigación en 2016, ODPL es una forma novedosa de espectroscopía PL que mide la intensidad de PL mediante el uso de una esfera integradora para cuantificar la eficiencia cuántica de la radiación en muestras de cristales semiconductores. No se toca no destructivo y bueno para obleas de GaN de gran tamaño para LED de iluminación de habitaciones y transistores para vehículos eléctricos. Todavía, el origen de la estructura de dos picos formada en ODPL había sido difícil de alcanzar hasta ahora.

Kojima y su equipo combinaron experimentos de espectroscopía ODPL y PL estándar (SPL) en un cristal de GaN a varias temperaturas (T) entre 12 K y 300 K. La relación de intensidad (r) de los espectros ODPL a los espectros SPL para la emisión NBE de GaN mostró una pendiente linealmente decreciente para la energía del fotón (E) por debajo de una energía de borde de absorción fundamental (Eabs). La pendiente obtenida en r correspondía a la llamada cola de absorción de Urbach-Martienssen (UM), que se observa en muchos cristales semiconductores.

Por lo tanto, el origen de la estructura de dos picos en los espectros ODPL alrededor de la emisión NBE del cristal de GaN existe debido a la cola U-M.