[发明专利]检测宽禁带半导体中深能级缺陷态的方法

说明书

本发明公开了一种检测宽禁带半导体中深能级缺陷态的方法，利用在高温下仍然能保持很好的二极管特性的重‑轻‑重掺杂pn二极管样品结构，通过测量不同填充电压的高温深能级瞬态电容谱来同时获得样品内的多子陷阱和少子陷阱的信号，最终利用阿列纽斯曲线得到样品内的深能级缺陷态能级位置和浓度的信息。本发明方法简单且快捷有效，能够精确地测定宽禁带半导体中深能级缺陷态的能级位置和浓度，对于研究宽禁带半导体材料中的深能级缺陷态能级位置和浓度及其对器件应用的影响将发挥重要的作用。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种用于检测宽禁带半导体中深能级缺陷态的方法，包括检测深能级缺陷态的能级位置和浓度。

背景技术

宽禁带半导体是在第一代元素半导体材料(硅)和第二代化合物半导体材料(砷化镓、磷化镓、磷化铟等)之后发展起来的第三代半导体材料。这类材料主要包括碳化硅、立方氮化硼、氮化镓、氮化铝、硒化锌以及金刚石等。宽禁带半导体材料具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和漂移速度等特点，在高温、高频、大功率、光电子及抗辐射等方面具有巨大的应用潜力。宽禁带半导体在生长过程中会故意或非故意的引入一些杂质或缺陷，这些杂质缺陷会在禁带中形成缺陷态能级。宽禁带半导体一般禁带宽度大于2电子伏特，由于其较宽的禁带宽度，杂质缺陷态的能级位置亦有可能相当深入禁带中央，形成深能级缺陷态。这些深能级缺陷态对材料和器件的性能有着重要的影响。例如，GaN基高电子迁移率晶体管器件存在电流崩塌效应，严重影响其器件的可靠性。有研究认为导致电流崩塌效应的原因是一个位于禁带中的深能级缺陷态俘获电子后不能及时释放。

但是，对于宽禁带半导体中的深能级缺陷态的能级位置和浓度的检测仍然具有挑战性。例如，导致GaN基高电子迁移率晶体管器件产生电流崩塌效应的深能级缺陷，其能级位置仍未确定，从而难以指认具体是由何种杂质缺陷所导致的。一种观点认为是由于GaN中的碳(C)杂质形成的深能级缺陷所导致；而也有观点认为C杂质在GaN中是一个浅施主，不会导致电流崩塌效应。因此，如何通过有效的测量方法，精确地探测深能级缺陷的能级位置和浓度，对于研究深能级缺陷对材料和器件的影响具有重要意义。

针对宽禁带半导体材料中的深能级缺陷进行测量的现有方法中，国际上采用的方法主要有：文献(Lang,D.V.,J.Appl.Phys.45,3023,1977)记载的深能级瞬态电容谱(Deep-level transient spectroscopy,DLTS)方法；文献(Chantre,A.et al.,Phys.Rev.B.23,5335,1981)记载的深能级光谱(Deep-level optical spectroscopy,DLOS)方法。然而，由于宽禁带半导体中的深能级缺陷能级位置较深，传统的深能级瞬态电容谱方法受限于测量温度和样品结构在高温测量下漏电严重，无法准确探测到能级较深的缺陷态。而深能级光谱利用光激发深能级，只能测得光激活能而不能测得热激活能，同时也很难精确测得浓度。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种用于检测宽禁带半导体中深能级缺陷态的能级位置和浓度的样品结构和方法。由于深能级缺陷能级很深，其深能级瞬态电容谱的峰值出现的温度很高。本方法设计重-轻-重掺杂pn二极管的样品结构，使被测样品相比传统的肖特基二极管结构，在高温下仍然能保持较低的反偏电流，且同时保持良好的欧姆接触，从而满足高温深能级瞬态电容谱的测试条件，精确测量深能级缺陷。本方法所用的高温深能级瞬态电容谱，温度上限高于传统深能级瞬态电容谱，从而能探测能级更深的深能级缺陷，并且测得其对应的能级位置和浓度。本发明方法简单且快捷有效，对于研究宽禁带半导体材料中的深能级缺陷的能级位置和浓度及其对器件可靠性的影响将发挥重要的作用。

本发明提供的技术方案是：

一种宽禁带半导体中深能级缺陷态(包括能级位置和浓度)的检测方法，所述检测方法首先外延生长用于本检测方法的检测样品的原生样品，再制备得到用于本检测方法的检测样品，再利用高温深能级瞬态电容谱对检测样品中的深能级缺陷的能级位置和浓度进行检测，具体包括如下步骤：