[发明专利]一种测量半导体中杂质活化能的方法

说明书

本发明实施例涉及半导体材料分析及检测技术，公开了一种测量半导体中杂质活化能的方法，拓展了时间分辨荧光光谱的应用场合。包括以下步骤：半导体中的杂质参与荧光辐射复合发光。获取杂质发光峰的波长及半峰宽；确定带通滤波片，确定激光激发强度，测定不同温度下对应发光峰的荧光强度衰减曲线，记录t＝0时刻探测器所得的荧光最大强度；对不同温度下探测器所测得的荧光最大强度和温度的倒数绘制阿累尼乌斯曲线进行线性拟合得到斜率后，乘以玻尔兹曼常数取得杂质的活化能。该方法利用变温时间分辨荧光光谱不仅可以获得温度依赖的载流子寿命的信息，而且可以求得杂质引入能级的活化能，简单方便，易操作，实验成本大幅降低同时运算效率大大提高。

技术领域

本发明实施例涉及半导体材料分析及检测技术领域，特别涉及测量半导体中杂质活化能的方法。

背景技术

半导体中的杂质活化能(或者离化能)，是掺杂半导体的一个重要电导物理参数，对半导体材料和器件的性能至关重要。

通常获得半导体中杂质活化能的方法有电学和光学两大类。(1)电学测试譬如可通过变温霍尔实验测得半导体中杂质的活化能，但是，发明人发现此法对材料的导电性要求比较高，还需要制作电极，所得实验结果也经常受到各种因素影响，误差比较大。深能级瞬态谱也可以测得半导体中杂质引入深能级的活化能，但是需要制作肖特基结或者pn结器件，成本高，且测试系统复杂。(2)光学方法一般通过变温的光致荧光发光光谱测试技术可以获得半导体中杂质的活化能；但是，发明人发现该方法需要记录每个温度的PL光致荧光发光谱图，并对每个谱中相应的发光峰进行面积积分运算，最后通过阿累尼乌斯公式作图求得，整个过程测试所需时间较长且计算量大。

发明内容

本发明实施方式的目的在于提供一种测量半导体中杂质活化能的方法，使得半导体中杂质活化能测量实验成本大幅降低及运算效率大大提高。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种测量半导体中杂质活化能的方法，所述待测半导体中含有杂质，所述杂质参与荧光辐射复合发光，包括以下步骤：

对待测半导体进行光照；

获取杂质发光峰的波长及半峰宽；

确定带通滤波片；所述的带通滤波片中心波长对应发光峰的波长，带宽约等于发光峰的半峰宽；

确定激光激发强度，测定不同温度对应发光峰的衰减曲线，记录t＝0时刻探测器所得的荧光最大强度，所述的激光激发强度，是指过剩载流子的注入水平应该大于杂质引入的能级的浓度；

对不同温度下探测器所得的荧光最大强度和温度的倒数绘制阿累尼乌斯曲线进行线性拟合得到斜率后，乘以玻尔兹曼常数得到杂质的活化能。

进一步可选的，所述的荧光辐射复合发光的发光机制属于导带自由电子到受主能级的跃迁、施主能级到价带顶的跃迁或者施主能级到受主能级辐射复合发光过程。

进一步可选的，所述杂质发光峰的波长及半峰宽通过光致荧光发光光谱测量所得或者通过文献查阅得知。

进一步可选的，所述带通滤波片的带宽等于所测发光峰的最大荧光强度在强度下降为一半时所处温度对应的半峰宽。

进一步可选的，所述的不同温度指发光峰从产生到湮灭的整个温度区间。

所述的阿累尼乌斯曲线是根据阿累尼乌斯公式绘制：

其中，I₀和I(T)为最强和在特定温度T下t＝0时刻探测器所测得的荧光最大强度；C₁为拟合常数；ε_a为杂质活化能；k_B为玻尔兹曼常数。

进一步可选的，所述的C₁拟合常数，包含杂质能级引入的有效导带或者有效价带状态密度，杂质能级的捕获常数及实验拟合参数。