[发明专利]一种用于测量多发光峰半导体材料中载流子多重寿命的方法

权利要求书

1.一种用于测量多发光峰半导体材料中载流子多重寿命的方法，其特征在于：实现所述方法的测量系统由光载流子辐射测量系统和光致发光光谱测量系统综合组成，两系统共用激光光源1，平面高反镜或全反镜2，聚焦透镜3，样品台4，离轴抛物面反射镜5和6，组合透镜系统8，光电探测器9，锁相放大器10，函数发生器11，上位机或计算机12，以上部件构成光载流子辐射测量系统，当系统工作于光致发光光谱系统时，在组合透镜系统8之前加入单色仪7。上位机12通过对函数发生器11进行控制来实现对激励光的调制；光源1发出的激光经过聚焦透镜3后聚焦在样品池4中的样品表面，样品吸收激励光能量后经过辐射复合发出的光致发光信号通过离轴抛物面镜5和6收集后，再经组合透镜系统8聚焦到光电探测器9后转化为电信号，电信号传输至锁相放大器10滤除噪声进行放大，放大后的信号传入数据处理计算机12进行记录；而后计算机12对函数发生器11进行调控并重复上述信号采集过程对样品进行扫频。通过改变测量实验条件，分别得到不同条件下光致发光信号相位与激励频率的关系，经分析计算得出载流子寿命，从以下三个方面改变实验条件：a)当系统工作在光载流子辐射测量系统状态时，此时光电探测器9接收的信号包含待测半导体材料整个发光光谱范围内全部光信号对波长进行积分的信号；通过改变激励光1频率可以得到光致发光波长积分的总信号与频率之间的关系，由信号幅值及相位与频率的关系可计算得到载流子多重寿命的有效寿命。b)当系统工作在光致发光光谱测量系统状态时，光致发光信号经单色仪7再聚焦到光电探测器9上，通过单色仪7扫描波长可得到待测半导体样品的发光光谱，通过改变激励光1的频率，可以得到不同频率下的光致发光光谱，从而可由数据分析得到不同波长下的光致发光信号幅值及相位与频率的关系，由信号幅值及相位与频率的关系可计算得到产生对应波长光致发光信号的载流子寿命。c)根据b)中得到的发光光谱，可确定材料的多个发光峰中心波长，将单色仪7通光波长分别固定在各发光峰中心，改变激励光1频率，进行频率扫描，分别得到各发光峰中心波长处光致发光信号幅值及相位与频率的关系，从而可计算得到产生对应波长光致发光信号的载流子寿命；a)中得到的有效寿命是b)或c)中得到的多个寿命的加权值；b)和c)中在同一波长下得到的寿命值相等，两种条件可作为相互验证的方法。

2.根据权利要求1所述的一种用于测量多发光峰半导体材料中载流子多重寿命的方法，其特征在于：所述的激光光源1的输出光强由函数发生器11所输出方波进行调制。

3.根据权利要求1所述的一种用于测量多发光峰半导体材料中载流子多重寿命的方法，其特征在于：所述的离轴抛物面反射镜5，采用非90°离轴抛物面镜，以防止空间上对入射激励光产生遮挡。

4.根据权利要求1所述的一种用于测量多发光峰半导体材料中载流子多重寿命的方法，其特征在于：所述的单色仪7的工作波长范围应包含所测半导体材料光致发光光谱波长范围。

5.根据权利要求1所述的一种用于测量多发光峰半导体材料中载流子多重寿命的方法，其特征在于：所述的光电探测器9的响应波长范围应包含所测半导体材料光致发光光谱波长范围，所述的光电探测器9的带宽应大于20MHz。

6.根据权利要求1所述的一种用于测量多发光峰半导体材料中载流子多重寿命的方法，其特征在于：所述的激光光源1的光强调制信号为由函数发生器11产生的方波信号，函数发生器11所产生方波信号的频率由计算机12的控制程序控制改变。

7.根据权利要求1所述的一种用于测量多发光峰半导体材料中载流子多重寿命的方法，其特征在于：锁相放大器10的参考输入信号为由函数发生器11产生的方波信号。