목적
반도체 내의 벌크 광전 효과(BPVE)와 같은 벌크 분극 현상을 특성화하려면 시료에 두 개의 전기 접점을 형성해야 하는데, 이는 필연적으로 반도체-금속 계면에 추가적인 결함을 유발하며, 이는 특히 높은 저항률을 가진 초광대역 갭 반도체에 있어 큰 과제이다.
해결 방안
켈빈 프로브를 이용한 표면 광전압(SPV) 분광법은 탄소 도핑 GaN 단결정에서 접촉 전위차(DCPD)의 변화를 특성화하기 위한 비파괴적, 비접촉식 방법으로 사용됩니다. 최대 ± 200V의 DCPD를 측정할 수 있는 독자적인 설비를 설계함으로써, 전기 접점을 형성할 필요 없이 큰 광전압을 감지할 수 있게 되었습니다.
응용 예
GaN의 밴드 갭은 3.4 eV입니다. 예를 들어, 그림 1은 탄소 도핑 GaN 결정(GaN:C)의 DCPD 스펙트럼을 보여줍니다. 해당 SPV 신호는 3 eV에서 13 V 이상에 도달했는데, 즉 특정 결함 상태의 여기 하에서 SPV 신호는 밴드 갭에서 예상되는 것보다 훨씬 더 컸습니다(자세한 내용은 [1] 참조). 밴드 갭 근처에서 DCPD의 방향 변화와 미분 신호가 발견되었습니다. 더 높은 강도의 레이저 다이오드(445 nm)로 여기했을 때, 탄소 농도가 9×1018 cm-3인 GaN:C에서 최대 신호가 얻어졌으며, 이는 약 23 V로 밴드 갭을 훨씬 초과하는 값이었습니다(그림 2).
![Fig.1: Spectra of DCPD and its deriva-tive for a GaN:C crystal. SPV signals are much larger than the band gap for excita-tion in the defect range (data after [1]).](/fileadmin/_processed_/2/7/csm_spectra_spv_bd873424b5.png)
Fig.1: Spectra of DCPD and its deriva-tive for a GaN:C crystal. SPV signals are much larger than the band gap for excita-tion in the defect range (data after [1]).
Fig. 2: Time dependence of DCPD of a GaN:C crystal measured during illumination with a laser diode at 445 nm and after switching off illumination.
참조
[1] Levine, I. 외. “비정상 표면 광전압 분광법을 통해 밝혀진 탄소 도핑 질화갈륨의 체광전 효과.” Phys. Rev. B 101 (2020) 245205.
관련 솔루션 및 산업: 에피택셜 레이어 및 박막
