[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

说明书

本发明涉及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，其中：测试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；一束光子能量大于待测半导体禁带宽度的并以方波信号调制的激光作为激励光，经透镜聚焦照射到待测半导体材料表面，激发出相同周期的光致发光信号；在该方法中通过改变激励光频率和探测波长，得到不同条件下光致发光信号的幅值及相位与激励频率的关系，再通过建立信号与寿命相关的物理模型，经数据拟合计算得出载流子的有效寿命和多重寿命分量；通过综合分析不同实验条件下的测量结果，分析得到更准确地载流子多重寿命分布情况。

技术领域

本发明涉及半导体电参数光学表征测量技术领域，特别涉及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。

背景技术

在对半导体材料的研究及应用过程中，少数载流子寿命是评价半导体材料特性和质量的一个基本参数。常用的测试方法有直流光电导衰减技术、表面光电压技术、微波光电导衰减技术、光载流子辐射测量方法和瞬态光致发光法等。但由于测试技术在光(电)注入量、测试频率、实验环境温度等方面的差异，同一半导体材料在不同测试系统上得到的少数载流子寿命测试值往往相差很大，因此准确测量少子寿命是人们关注的重点，并且以上测试技术大部分测试得到的是体载流子有效寿命，对不同驰豫过程对应的载流子寿命分量关注较少。

1992年，测量半导体非平衡载流子寿命的新方法(中国专利申请公开号CN1063159) 提出是用光注入方法在半导体中激发自由载流子,移动反射谱反射边的频率位置,从而使另一束频率在反射边上的入射光在半导体表面的反射率大幅度地变化，通过拟合反射激光束的强度的时间变化求得寿命τ的方案；2000年，半导体器件少子扩散长度和少子寿命的无损测量方法(中国专利申请公开号CN 1271093)提出通过检测半导体器件中因激励产生的感生的电流,来半导体器件中少数载流子的扩散长度，进而计算少数载流子的寿命的方法。2009年，一种半导体材料特性的测量装置及测量方法(中国专利申请公开号CN101527273)提出仅由一束激发光和一束探测光来,可同时或分别取得样品的光载流子辐射测量信号、自由载流子吸收测量信号以及光调制反射测量信号,通过同时或分别分析处理光载流子辐射、自由载流子吸收和光调制反射信号数据,可得到半导体材料的特性参数的方法。2018年，一种半导体硅材料中少数载流子寿命的测试方法(中国专利申请公开号CN108089109A)提出利用一束激励脉冲光和一束测试脉冲光激励并控制半导体内的少数载流子浓度，通过记录硅材料附加电导率的衰减,以此反映硅材料体内非平衡少数载流子的衰减,经计算得出硅材料中的非平衡少数载流子的复合寿命值τ的方法。2019年，一种基于光载流子辐射的半导体材料特性测量方法(中国专利申请公开号CN 108089109A)提出利用扩束整形后的激光束和聚焦后的激光束分别对半导体材料进行光载流子辐射信号扫描成像测量，经数据分析后得到半导体材料特性参数的方法。

由于各种测试技术在光(电)注入量、测试频率、实验环境温度等方面的差异，同一半导体材料在不同测试系统上得到的少数载流子寿命测试值往往相差很大，因此准确测量少子寿命是人们关注的重点，并且以上测试技术大部分测试得到的是体载流子有效寿命，对不同驰豫过程对应的载流子寿命分量关注较少。本发明提出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，能很好地解决分辨多个发光驰豫过程载流子寿命的问题，具有测量系统结构简单，对样品无损伤，易调节的优先。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：如何通过光载流子辐射测量系统结合光致发光光谱测量系统，针对具有多个辐射峰的半导体材料，测量并分辨出不同发光过程的载流子寿命。

为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：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：