Infrared Photoluminescence Spectroscopy

Význam tématu

Photoluminiscenční (PL) spektroskopie v infračerveném oboru poskytuje klíčové informace o elektronické struktuře polovodičů, kvalitě materiálů a vlastnostech heterostruktur či kvantových jamek. Je v praxi nepostradatelná pro vývoj a kontrolu optoelektronických zařízení jako lasery, LED i senzory.

Cíle a přehled studie

Studie AN M134 představuje plně integrovaná řešení PL spektroskopie založená na FT-IR spektrometrech VERTEX a INVENIO R od Brukeru. Cílem je demonstrovat výhody FT-IR technologie pro NIR i MIR PL, včetně nízkoteplotních a modulovaných měření.

Použitá metodika a instrumentace

PL měření probíhá buď ve volné (NIR) nebo vakuové (MIR) optické cestě FT-IR spektrometru s použitím modulů PLII (NIR) či vakuálního PL modulu. Klíčové komponenty:

• FT-IR spektrometry VERTEX / INVENIO R
• Moduly PLII a vakuální PL modul
• CW laserové zdroje (532 nm, 1064 nm) nebo externí laser
• Detektory InGaAs, Si avalanche, LN2 chlazené Ge a InSb
• Cryostaty s LHe/LN2 nebo pulse-tube pro nízkoteplotní měření
• Software OPUS pro regulaci režimů PL, reflektance a transmisní měření

Hlavní výsledky a diskuse

Ve středním infračerveném pásmu odstraňuje vakuová konfigurace artefakty způsobené vodní parou a CO2. Modulované excitace a lock-in detekce potlačují tepelný šum 300 K. Ukázky zahrnují:

• NIR PL spektra InGaP solárních článků a GaAs/AlGaInAs MQW
• MIR PL spektrum PbS při pokojové teplotě s potlačením pozadí
• Nízko-teplotní PL heterostruktur detekující slabé bariérové emise

Přínosy a praktické využití metody

FT-IR PL systémy nabízejí vysokou citlivost díky throughput (Jaquinot) a multiplex (Fellgett) výhodám. Jednotný spektrometr pokrývá široké spektrum od viditelného po daleké infračervené. Řešení ulehčuje rutinní měření kvality polovodičů v průmyslu i výzkumu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se integrace pokročilých modulací a synchronizace s externími excitacemi, rozšíření detekční citlivosti do delších vlnových délek a kombinace PL s fotomodulovanou reflektancí pro detailní analýzu elektronických přechodů.

Závěr

Bruker FT-IR PL řešení poskytují flexibilní a vysoce citlivé platformy pro NIR i MIR spektroskopii polovodičů. Vakuové moduly a modulovaná excitace umožňují potlačení artefaktů a šumu, což rozšiřuje aplikace od základního výzkumu po průmyslovou kontrolu kvality.

Reference

• P.R. Griffiths, Fourier Transform Infrared Spectroscopy, Wiley-Interscience 2007
• T. Gründl et al., Journal of Crystal Growth 311 (2009) 1719–1722
• A. Jaffrès et al., Chemical Physics Letters 527 (2012) 42–46
• S. Sauvage et al., Phys. Rev. B 60 (1999) 15589-15592
• J. Shao et al., Rev. Sci. Instrum. 77 (2006)
• C.J. Manning, P.R. Griffiths, Appl. Spectroscopy 51 (1997) 1092-1101
• M. Motyka, Appl. Phys. Express 2 (2009) 126505
• D. Stange et al., ACS Photonics (2015)
• T.J.C. Hosea et al., Phys. Status Solidi (a) 202 (2005) 1233-1243
• Ma Li-Li et al., Phys. Rev. E 28 (2011) 047801