[发明专利]一种利用光电法测量GaN宽温谱吸收系数的方法及装置

说明书

本发明公开了一种利用光电法测量GaN宽温谱吸收系数的方法及装置。温度在一定程度上决定了GaN材料的吸收系数等参量，并最终对GaN基光电器件的性能有着重要的影响，因此不同温度下GaN材料吸收系数的测量和确定尤为重要。现提出如下方案：所述方法为光电法；所述装置包括紫外光源、单色仪、NEA GaN温控封装组件、光电测量单元。本发明提供的方法及装置能够精确获得宽温谱范围内的GaN材料吸收系数，适用于不同掺杂浓度、扩散长度GaN吸收系数的测量，且温度测量精度可调范围大、结构简单、精确度高。

技术领域

本发明属于半导体和微电子器件技术领域，具体涉及一种利用光电法测量GaN宽温谱吸收系数的方法及装置。

技术背景

作为半导体材料，GaN材料具有禁带宽度大、热导率高、化学稳定性好、饱和漂移速度高、抗辐射能力强、击穿电压高等优点，且GaN材料具有低的热产生率和高的击穿电场，是研制高温大功率电子器件和高频微波器件的重要材料，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。

目前学界对GaN材料吸收系数方面已经有了不少的研究，且不同的温度下GaN材料具有不同的吸收系数，但目前还没有方法及装置可以精确测量GaN材料在不同温度下的吸收系数。吸收系数是表征半导体材料光学性质的重要参量,对GaN基光电器件的性能有着重要的影响，因此测量和确定不同温度下GaN材料的吸收系数尤为重要，对研究GaN材料工作性能、了解其光学性质等具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术存在的瓶颈，本发明的目的在于提供一种利用光电法测量GaN宽温谱吸收系数的方法及装置，此方法及装置可以精确测量GaN材料在不同温度下的吸收系数。

为了达到上述目的，本发明提供了一种利用光电法测量GaN宽温谱吸收系数的方法及装置，其特征在于：利用光电法的原理，通过光电测量单元来实时测量不同温度下入射到NEA GaN温控封装组件中单色光的光功率以及电子收集极的光电流，计算得到不同温度下GaN材料的量子效率并计算出对应的吸收系数。

进一步地，不同温度下GaN材料的吸收系数可以根据量子效率公式计算得到：

其中，QE为测量获得的量子效率；α_hv为吸收系数；R为反射率；P为逸出几率；L_D为扩散长度。

进一步地，GaN材料采用规范化的表面处理工艺，使得其R和P固定，并且L_D根据GaN材料的掺杂浓度确定：

其中，D(n)是等效电子扩散系数，τ是少数载流子的寿命，且D(n)和τ决定GaN的掺杂浓度，进而确定GaN材料在不同掺杂浓度下的L_D。

进一步地，根据如上所述方法，本发明设计以下测量装置：所述装置包括紫外光源、单色仪、NEA GaN温控封装组件、光电测量单元。

进一步地，所述紫外光源具有一定范围的紫外波段光谱分布，可设置紫外光源为氘灯，且所述氘灯覆盖200～600nm的连续光谱带。

进一步地，所述NEA GaN温控封装组件为一组合装置，且有透紫外的窗口和电子收集极，此组合装置温度可控且密闭绝缘。其中温控装置是利用通入液氮(78K)或液氦(1.8K)的流量以及加热灯丝来控制GaN的温度，可利用压力式流量控制装置来控制并监测流量，通过热电偶闭环回馈实时温度，装置的温度控制范围为10K～800K。

进一步地，所述光电测量单元包括光源、光电流两部分，且通过实时测量在不同温度下NEA GaN温控封装组件中单色光的光功率以及电子收集极的光电流，利用光功率与光电流之比得到其灵敏度并获得量子效率。

进一步地，所述单色仪工作波长范围必须覆盖200～600nm，光电测量单元测量精度为nA级。

进一步地，根据以上光电转换的测量方法及装置，设计以下测量步骤：