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通过光检测氮化镓晶体中的碳杂质取得突破

碳杂质长期阻碍了氮化物基电子和光学器件的效率。但是东北大学的研究人员发现了一种可以利用光快速检测出碳杂质的方法。

使用氮化物半导体的蓝色和白色发光二极管(LED)-特别是氮化铟镓(InGaN)和氮化镓(GaN)-导致能量效率急剧上升。自然地,研究人员试图通过使用氮化物半导体在光学和电子应用中复制这一点。但是,由于碳杂质而引起了一个普遍的问题,这会大大降低性能。

碳杂质会导致深陷,这是一种不良的电子缺陷,会大大降低性能。然而,检测半导体晶体中的碳杂质是耗时且昂贵的过程。一些方法需要在晶体上创建额外的电极。因此,增加了成本并抑制了检查速度。其他方法会导致氮化物晶体破裂。因此,使晶体无用。

尽管如此,东北大学先进材料多学科研究所副教授小岛一信及其团队通过使用一种探测技术来鉴定碳杂质,该探测技术利用了一种与晶体没有物理接触的光,从而解决了这一问题。该技术称为全向光致发光(ODPL)光谱。

ODPL的过程首先涉及经由外部光照射诸如GaN的晶体。外部光被晶体吸收,从而对其进行刺激。因此,为了返回其初始状态,晶体会产生光以消散多余的能量。

利用ODPL可以高精度地快速评估光致发光效率。由于碳杂质会降低光致发光效率,因此研究人员还可以通过评估PL效率来确定碳浓度。

小岛教授解释了这种系统的好处。“由于其无损的性质,光学探测技术具有极大的益处。因此,通过使用光,我们可以帮助检测碳杂质,而碳杂质最终会成为GaN器件(例如LED和功率晶体管)的障碍。”

ODPL光谱的另一个好处是不仅限于基于氮化物半导体的应用。它可以检查任何包含光学和电子特性的发光材料。钙钛矿就是一个例子,钙钛矿目前用于制造高效太阳能电池。

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