[發明專利]一種用于測量多發光峰半導體材料中載流子多重壽命的方法

在審

• 申請號: 201911352634.2
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111257713A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 李雙陽;王靜;李斌成;孫啟明
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種用于測量多發光峰半導體材料中載流子多重壽命的方法，其中：測試系統由光載流子輻射測量系統和光致發光光譜測量系統綜合組成；一束光子能量大于待測半導體禁帶寬度的并以方波信號調制的激光作為激勵光，經透鏡聚焦照射到待測半導體材料表面，激發出相同周期的光致發光信號；在該方法中通過改變激勵光頻率和探測波長，得到不同條件下光致發光信號的幅值及相位與激勵頻率的關系，再通過建立信號與壽命相關的物理模型，經數據擬合計算得出載流子的有效壽命和多重壽命分量；通過綜合分析不同實驗條件下的測量結果，分析得到更準確地載流子多重壽命分布情況。

技術領域

本發明涉及半導體電參數光學表征測量技術領域，特別涉及一種用于測量多發光峰半導體材料中載流子多重壽命的方法。

背景技術

在對半導體材料的研究及應用過程中，少數載流子壽命是評價半導體材料特性和質量的一個基本參數。常用的測試方法有直流光電導衰減技術、表面光電壓技術、微波光電導衰減技術、光載流子輻射測量方法和瞬態光致發光法等。但由于測試技術在光(電)注入量、測試頻率、實驗環境溫度等方面的差異，同一半導體材料在不同測試系統上得到的少數載流子壽命測試值往往相差很大，因此準確測量少子壽命是人們關注的重點，并且以上測試技術大部分測試得到的是體載流子有效壽命，對不同馳豫過程對應的載流子壽命分量關注較少。

1992年，測量半導體非平衡載流子壽命的新方法(中國專利申請公開號CN1063159) 提出是用光注入方法在半導體中激發自由載流子,移動反射譜反射邊的頻率位置,從而使另一束頻率在反射邊上的入射光在半導體表面的反射率大幅度地變化，通過擬合反射激光束的強度的時間變化求得壽命τ的方案；2000年，半導體器件少子擴散長度和少子壽命的無損測量方法(中國專利申請公開號CN 1271093)提出通過檢測半導體器件中因激勵產生的感生的電流,來半導體器件中少數載流子的擴散長度，進而計算少數載流子的壽命的方法。2009年，一種半導體材料特性的測量裝置及測量方法(中國專利申請公開號CN101527273)提出僅由一束激發光和一束探測光來,可同時或分別取得樣品的光載流子輻射測量信號、自由載流子吸收測量信號以及光調制反射測量信號,通過同時或分別分析處理光載流子輻射、自由載流子吸收和光調制反射信號數據,可得到半導體材料的特性參數的方法。2018年，一種半導體硅材料中少數載流子壽命的測試方法(中國專利申請公開號CN108089109A)提出利用一束激勵脈沖光和一束測試脈沖光激勵并控制半導體內的少數載流子濃度，通過記錄硅材料附加電導率的衰減,以此反映硅材料體內非平衡少數載流子的衰減,經計算得出硅材料中的非平衡少數載流子的復合壽命值τ的方法。2019年，一種基于光載流子輻射的半導體材料特性測量方法(中國專利申請公開號CN 108089109A)提出利用擴束整形后的激光束和聚焦后的激光束分別對半導體材料進行光載流子輻射信號掃描成像測量，經數據分析后得到半導體材料特性參數的方法。

由于各種測試技術在光(電)注入量、測試頻率、實驗環境溫度等方面的差異，同一半導體材料在不同測試系統上得到的少數載流子壽命測試值往往相差很大，因此準確測量少子壽命是人們關注的重點，并且以上測試技術大部分測試得到的是體載流子有效壽命，對不同馳豫過程對應的載流子壽命分量關注較少。本發明提出的一種用于測量多發光峰半導體材料中載流子多重壽命的方法，能很好地解決分辨多個發光馳豫過程載流子壽命的問題，具有測量系統結構簡單，對樣品無損傷，易調節的優先。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：如何通過光載流子輻射測量系統結合光致發光光譜測量系統，針對具有多個輻射峰的半導體材料，測量并分辨出不同發光過程的載流子壽命。

為實現上述目的，本發明提出了以下技術方案：一種用于測量多發光峰半導體材料中載流子多重壽命的方法，其特征在于：