[发明专利]确定AlGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法

说明书

技术领域

本发明涉及GaN基异质结构沟道量子阱中载流子驰豫物理机制技术领域，特别涉及一种确定AlGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法。

背景技术

目前，在半导体器件中，高速和小尺寸是其发展的两个方向，对材料中的各种载流子的微观动力学过程的理解是实现高速和小尺寸半导体器件的基础。因此，对半导体内部微观世界的了解就显得尤其重要。在半导体中存在着各种离子，包括电子、空穴、光学声子、等离子体、磁子、激子和耦合模等。上述半导体中的离子被激发后存在的寿命尺度通常是ps量级。因此，有关载流子产生机制之间的相互作用、动力学过程和伴随着各种效应的信息可以通过直接的超快测量获取，包括皮秒和飞秒。并且，在时域测量中可获取频域信息，不同时刻内的特征谱信息可表征不同能级间的信息。因此，对于开发快速响应电子器件需要对半导体中的各种围观离子动力学过程应有个清晰的理解。通过测量GaN材料带边发光的瞬态衰减方法可以直接得到载流子的寿命。

飞秒激光技术的发展使对发生在半导体中的超快动力学过程的研究变为现实。飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，持续时间非常短，只有几飞秒，由于飞秒激光具有快速和高分辨率的特点，其可以观察到原子和电子层面上的超快运动过程。泵浦—探测技术是超快探测技术中探测半导体超快动力学过程中最重要的一种技术。在典型的泵浦—探测技术中，一个超短脉冲激光被分成泵浦光和探测光，这两束光具有一个可变光学延迟，泵浦光通常被用来激发半导体，探测光通常比泵浦光弱很多，它通常用来探测由泵浦光引起的样品性质的变化，这个变化随时间的演化通过改变两束光之间的延迟来实现。探测光携带了很多信息，包括带间跃迁、激发态的吸收、载流子的扩散和表面复合等动力学过程。半导体辐射复合从大体上说可以分为三个过程：

A．半导体中的载流子通过光注入或者电注入激发到高能态而处于不稳的激发态，这时，半导体中的载流子处于非平衡状态。

B．非平衡载流子的驰豫。

C．载流子的辐射复合发光。

以激发产生的电子为例，电子从价带被激发到导带以后有两条途径：

一是跃迁回到价带形成辐射复合发光；

例外是通过发射声子等过程驰豫到导带底，电子在导带底再向价带跃迁与空穴复合发光，这是一种竞争过程。

一般来说，辐射复合发光寿命大约在亚纳秒或者纳秒级甚至更高，而载流子驰豫过程一般在皮秒甚至亚纳秒级。

发明内容

为了对器件的物理机制进行深入的认识和对器件可靠性进行评价，本发明提出了一种确定AlGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法。

本发明提供的确定AlGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法包括以下步骤：

将0ns时刻设定为第1个时刻，从0ns开始每经过1个取样时间间隔设定1个时刻，采集时间分辨光谱，使得所述时间分辨光谱从无峰值状态到有峰值状态再到无峰值状态，形成10个时间分辨光谱图，所述时间分辨光谱图的纵坐标为所述泵浦光激发的载流子的浓度值，横坐标为波长；

分别选取所述10个时间分辨光谱图中每个时间分辨光谱图的载流子浓度的峰值，所述10个时间分辨光谱图的载流子浓度的峰值对应的波长相同；

以每个时间分辨光谱图的载流子浓度的峰值为纵坐标，以与每个时间分辨光谱图的峰值相对应的时间为横坐标描出“载流子峰值浓度—时间”平滑线散点图；

根据所述“载流子峰值浓度—时间”平滑线散点图确定AlGaN/GaN基异质结沟道载流子的发光衰减时间；

在电子和空穴寿命相同的条件下，根据所述发光衰减时间确定AlGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命。

作为优选，所述AlGaN/GaN基器件的的材料为禁带材料，所述禁带宽度为3.4ev。

作为优选，所述取样时间间隔为1ns。

本发明提供的确定AlGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法能够对器件的物理机制进行深入的认识和对器件可靠性进行评价。

附图说明

图1为本发明实施例提供的确定AlGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法在0ns时刻的时间分辨光谱图；

图2为本发明实施例提供的确定AlGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法在1ns时刻的时间分辨光谱图；

图3为本发明实施例提供的确定AlGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法在2ns时刻的时间分辨光谱图；

图4为本发明实施例提供的确定AlGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法在3ns时刻的时间分辨光谱图；