[发明专利]半导体量子阱中载流子浓度的测量方法

权利要求书

1.一种半导体量子阱中载流子浓度的测量方法，其特征在于步骤如下：

1）使用扫描探针显微镜的电学模式测量量子阱横截面的局域电导分布，该测量模式下导电探针与量子阱材料形成肖特基型接触，并且所测局域电导分布能够分辨单个量子阱层；

2）建立导电探针和量子阱之间肖特基型接触的电流密度数值模型，该数值模型以肖特基接触的热电子发射电流输运机制为基础，并且包含与量子阱中载流子浓度相关的等效势垒修正效应；

3）确定导电探针－量子阱肖特基接触电流密度数值模型的参数，包括导电探针与半导体量子阱之间的有效接触面积和肖特基势垒高度，并计算导电探针－量子阱间局域电导与量子阱载流子浓度的关系曲线；

4）依据步骤3）的局域电导与载流子浓度关系曲线，由步骤1）测得的量子阱局域电导反推其中的载流子浓度。

2.如权利要求1中所述的一种半导体量子阱中载流子浓度的测量方法，其特征在于：使用的扫描探针显微镜电学测量模式包括导电原子力显微模式或扫描分布电阻显微模式，并通过下述方式保证局域电导分布测量的空间分辨和电学信号稳定性：

1）量子阱横截面的获得包括使用沿晶向解理或精细抛光方法以获得纳米级的剖面平整度；

2）测量时，选用导电探针的针尖材料或针尖涂层材料的硬度应高于被检测半导体材料；

3）导电探针与量子阱横截面之间施加正向偏压的幅度不超过肖特基势垒高度的80%。

3.如权利要求1所述的一种半导体量子阱中载流子浓度的测量方法，其特征在于：肖特基接触电流密度的计算基于热电子发射机制，并计入镜像力和热辅助隧穿效应引起的等效肖特基势垒降低，即：

JTE=A*T2exp(q(φBn0-ΔΦIMF-ΔΦTFE)kT)(exp(qVFkT)-1),]]>

其中φ_Bn0是导电针尖与半导体量子阱材料形成的肖特基势垒高度，△Φ_IMF是镜像力效应引起的等效肖特基势垒降低量，△Φ_TFE是热辅助隧穿效应引起的等效肖特基势垒降低量，A^*是有效理查德森常数，T是测量温度，q是单位电荷量，k是玻耳兹曼常数，VF是测量所施加的正向偏压。

4.如权利要求1中所述的一种半导体量子阱中载流子浓度的测量方法，其特征在于：步骤3）中导电探针和量子阱之间的有效接触面积根据步骤1）测得的局域电导分布的半峰宽推算获得。

5.如权利要求1所述的一种半导体量子阱中载流子浓度的测量方法，其特征在于：步骤3）中导电探针－量子阱间的肖特基势垒高度由探针在已知载流子浓度的同种半导体材料上的电流－偏压关系提取。

6.如权利要求3中所述的一种半导体量子阱中载流子浓度的测量方法，其特征在于：等效肖特基势垒降低量的计算中，镜像力效应引起的肖特基势垒高度等效降低量为：

ΔΦIMF=[q3N|φBn0-φn-VF|8π2ϵs3]1/4,]]>

其中ε_s量子阱材料的相对介电常数，N是量子阱的载流子浓度，φ_n是半导体量子阱的导带底与费密能级之间的能级差；热辅助隧穿效应引起的肖特基势垒高度等效降低量为：ΔΦTFE=(32)2/3E002/3|φBn0-φn-VF|1/3,]]>其中E00=qh4πNm*ϵs,]]>

m^*是半导体材料的导带电子有效质量，h是普朗克常数。