Ziel
SiC, GaN und AlGaN gehören zur Klasse der Halbleiter mit großer Bandlücke und finden insbesondere in der Leistungselektronik, bei optoelektronischen Bauelementen und Transistoren wie HEMTs (High Electron Mobility Transistor). Die berührungslose optoelektronische Charakterisierung von Halbleitern mit großer Bandlücke und Heterostrukturen unter Produktionsbedingungen sowie in Forschung und Entwicklung stellt oft eine Herausforderung dar.
Lösung
Die SPV-Spektroskopie im Gleichstrom- (Kelvin-Sonde, Messung der Kontaktpotentialdifferenz, DCPD) und Wechselstrommodus (moduliert) liefert Informationen über die bevorzugt gerichtete Ladungstrennung in Bezug auf elektronische Übergänge und Ladungsträgerdynamik [1]. Der Einsatz von Ladungsverstärkern ermöglicht SPV-Messungen im Gleichstrom- und Wechselstrommodus mit derselben Elektrode.
Anwendungsbeispiel
Abbildung 1 zeigt DCPD-Spektren von GaN, Al0,25Ga0,75N/GaN und 4h-SiC/GaN, die auf Saphirwafern abgeschieden wurden. Neben den Richtungen der Ladungstrennung und den Übergangsenergien an den Bandlücken lassen sich auch Defektübergänge unterscheiden. In modulierten SPV-Messungen lassen sich Anzeichen langsamer Prozesse unterscheiden (Abbildung 2).
Referenzen
[1] Th. Dittrich, S. Fengler, „Oberflächen-Photospannungsanalyse photoaktiver Materialien“, World Scientific, 2020.
[2] Th. Dittrich, S. Fengler, N. Nickel, „Oberflächen-Photospannungsspektroskopie über weite Zeitbereiche für Halbleiter mit ultrabreiter Bandlücke: Beispiel Galliumoxid“, Phys. Stat. Sol. A 11 (2021) 2100176.
Fig. 1: DCPD spectra of GaN (blue), Al0.26Ga0.74N / GaN (green) and 4h-SiC / GaN (red) epitaxial layers deposited on sapphire.
Fig. 2: Modulated in-phase and phase-shifted by 90° SPV spectra of GaN (a), 4h-SiC / GaN (b) and Al0.26Ga0.74N / GaN (c).
Verknüpfte Branchen und Applikationen: Epitaxieschichten und dünne Filme
