專利名稱：確定AlGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及GaN基異質(zhì)結(jié)構(gòu)溝道量子阱中載流子馳豫物理機(jī)制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法。
背景技術(shù)：
目前，在半導(dǎo)體器件中，高速和小尺寸是其發(fā)展的兩個(gè)方向，對(duì)材料中的各種載流子的微觀動(dòng)力學(xué)過程的理解是實(shí)現(xiàn)高速和小尺寸半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。因此，對(duì)半導(dǎo)體內(nèi)部微觀世界的了解就顯得尤其重要。在半導(dǎo)體中存在著各種離子，包括電子、空穴、光學(xué)聲子、等離子體、磁子、激子和耦合模等。上述半導(dǎo)體中的離子被激發(fā)后存在的壽命尺度通常是PS量級(jí)。因此，有關(guān)載流子產(chǎn)生機(jī)制之間的相互作用、動(dòng)力學(xué)過程和伴隨著各種效應(yīng)的信息可以通過直接的超快測(cè)量獲取，包括皮秒和飛秒。并且，在時(shí)域測(cè)量中可獲取頻域信息，不同 時(shí)刻內(nèi)的特征譜信息可表征不同能級(jí)間的信息。因此，對(duì)于開發(fā)快速響應(yīng)電子器件需要對(duì)半導(dǎo)體中的各種圍觀離子動(dòng)力學(xué)過程應(yīng)有個(gè)清晰的理解。通過測(cè)量GaN材料帶邊發(fā)光的瞬態(tài)衰減方法可以直接得到載流子的壽命。飛秒激光技術(shù)的發(fā)展使對(duì)發(fā)生在半導(dǎo)體中的超快動(dòng)力學(xué)過程的研究變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。飛秒激光是一種以脈沖形式運(yùn)轉(zhuǎn)的激光，持續(xù)時(shí)間非常短，只有幾飛秒，由于飛秒激光具有快速和高分辨率的特點(diǎn)，其可以觀察到原子和電子層面上的超快運(yùn)動(dòng)過程。泵浦一探測(cè)技術(shù)是超快探測(cè)技術(shù)中探測(cè)半導(dǎo)體超快動(dòng)力學(xué)過程中最重要的一種技術(shù)。在典型的泵浦一探測(cè)技術(shù)中，一個(gè)超短脈沖激光被分成泵浦光和探測(cè)光，這兩束光具有一個(gè)可變光學(xué)延遲，泵浦光通常被用來激發(fā)半導(dǎo)體，探測(cè)光通常比泵浦光弱很多，它通常用來探測(cè)由泵浦光引起的樣品性質(zhì)的變化，這個(gè)變化隨時(shí)間的演化通過改變兩束光之間的延遲來實(shí)現(xiàn)。探測(cè)光攜帶了很多信息，包括帶間躍遷、激發(fā)態(tài)的吸收、載流子的擴(kuò)散和表面復(fù)合等動(dòng)力學(xué)過程。半導(dǎo)體輻射復(fù)合從大體上說可以分為三個(gè)過程A.半導(dǎo)體中的載流子通過光注入或者電注入激發(fā)到高能態(tài)而處于不穩(wěn)的激發(fā)態(tài)，這時(shí)，半導(dǎo)體中的載流子處于非平衡狀態(tài)。B.非平衡載流子的馳豫。C.載流子的輻射復(fù)合發(fā)光。以激發(fā)產(chǎn)生的電子為例，電子從價(jià)帶被激發(fā)到導(dǎo)帶以后有兩條途徑一是躍遷回到價(jià)帶形成輻射復(fù)合發(fā)光；例外是通過發(fā)射聲子等過程馳豫到導(dǎo)帶底，電子在導(dǎo)帶底再向價(jià)帶躍遷與空穴復(fù)合發(fā)光，這是一種競(jìng)爭(zhēng)過程。一般來說，輻射復(fù)合發(fā)光壽命大約在亞納秒或者納秒級(jí)甚至更高，而載流子馳豫過程一般在皮秒甚至亞納秒級(jí)。

發(fā)明內(nèi)容
為了對(duì)器件的物理機(jī)制進(jìn)行深入的認(rèn)識(shí)和對(duì)器件可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)，本發(fā)明提出了一種確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法。本發(fā)明提供的確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法包括以下步驟將Ons時(shí)刻設(shè)定為第I個(gè)時(shí)刻，從Ons開始每經(jīng)過I個(gè)取樣時(shí)間間隔設(shè)定I個(gè)時(shí)亥IJ，采集時(shí)間分辨光譜，使得所述時(shí)間分辨光譜從無峰值狀態(tài)到有峰值狀態(tài)再到無峰值狀態(tài)，形成10個(gè)時(shí)間分辨光譜圖，所述時(shí)間分辨光譜圖的縱坐標(biāo)為所述泵浦光激發(fā)的載流子的濃度值，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)；分別選取所述10個(gè)時(shí)間分辨光譜圖中每個(gè)時(shí)間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值，所述10個(gè)時(shí)間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)相同；以每個(gè)時(shí)間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值為縱坐標(biāo)，以與每個(gè)時(shí)間分辨光譜圖的峰值相對(duì)應(yīng)的時(shí)間為橫坐標(biāo)描出“載流子峰值濃度一時(shí)間”平滑線散點(diǎn)圖；根據(jù)所述“載流子峰值濃度一時(shí)間”平滑線散點(diǎn)圖確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子的發(fā)光衰減時(shí)間；在電子和空穴壽命相同的條件下，根據(jù)所述發(fā)光衰減時(shí)間確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命。作為優(yōu)選，所述AIGaN/GaN基器件的的材料為禁帶材料，所述禁帶寬度為3. 4ev。作為優(yōu)選，所述取樣時(shí)間間隔為Ins。本發(fā)明提供的確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法能夠?qū)ζ骷奈锢頇C(jī)制進(jìn)行深入的認(rèn)識(shí)和對(duì)器件可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例提供的確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法在Ons時(shí)刻的時(shí)間分辨光譜圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法在Ins時(shí)刻的時(shí)間分辨光譜圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法在2ns時(shí)刻的時(shí)間分辨光譜圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法在3ns時(shí)刻的時(shí)間分辨光譜圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法在4ns時(shí)刻的時(shí)間分辨光譜圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法在5ns時(shí)刻的時(shí)間分辨光譜圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法在6ns時(shí)刻的時(shí)間分辨光譜圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例提供的確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法在7ns時(shí)刻的時(shí)間分辨光譜圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施例提供的確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法在8ns時(shí)刻的時(shí)間分辨光譜圖；圖10為本發(fā)明實(shí)施例提供的確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法在、9ns時(shí)刻的時(shí)間分辨光譜圖。圖11為本發(fā)明實(shí)施例提供的確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法的“載流子峰值濃度一時(shí)間”平滑線散點(diǎn)圖。
具體實(shí)施例方式為了深入了解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明提供的確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法中，AIGaN/GaN基器件的的材料為禁帶材料，禁帶寬度為3. 4ev，該方法包括以下步驟步驟I :從Ons時(shí)刻開始設(shè)定為第I個(gè)時(shí)刻，每經(jīng)過I個(gè)取樣時(shí)間間隔設(shè)定I個(gè)時(shí)亥IJ，采集時(shí)間分辨光譜，使得時(shí)間分辨光譜從無峰值狀態(tài)到有峰值狀態(tài)再到無峰值狀態(tài)，形、成10個(gè)時(shí)間分辨光譜圖，參見附圖I 10，時(shí)間分辨光譜圖的縱坐標(biāo)為泵浦光激發(fā)的載流子的濃度值，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)；本實(shí)施例中，取樣時(shí)間間隔為Ins。步驟2 :分別選取10個(gè)時(shí)間分辨光譜圖中每個(gè)時(shí)間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值，10個(gè)時(shí)間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)相同，本實(shí)施例中，該10個(gè)時(shí)間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為370nm步驟3 :以每個(gè)時(shí)間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值為縱坐標(biāo)，以與每個(gè)時(shí)間分辨光譜圖的峰值相對(duì)應(yīng)的時(shí)間為橫坐標(biāo)描出“載流子峰值濃度一時(shí)間”平滑線散點(diǎn)圖，參見附圖11。步驟4 :根據(jù)“載流子峰值濃度一時(shí)間”平滑線散點(diǎn)圖確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子的發(fā)光衰減時(shí)間，本實(shí)施例中，發(fā)光衰減時(shí)間為9ns，步驟5 :在假定電子和空穴壽命相同的條件下，根據(jù)發(fā)光衰減時(shí)間確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命，本實(shí)施例中，根據(jù)發(fā)光衰減時(shí)間確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命為18ns。本發(fā)明提供的確定AIGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法能夠?qū)ζ骷奈锢頇C(jī)制進(jìn)行深入的認(rèn)識(shí)和對(duì)器件可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)。以上所述的具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種確定AlGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法，其特征在于，包括以下步驟 將Ons時(shí)刻設(shè)定為第I個(gè)時(shí)刻，從Ons開始每經(jīng)過I個(gè)取樣時(shí)間間隔設(shè)定I個(gè)時(shí)刻，采集時(shí)間分辨光譜，使得所述時(shí)間分辨光譜從無峰值狀態(tài)到有峰值狀態(tài)再到無峰值狀態(tài)，形成10個(gè)時(shí)間分辨光譜圖，所述時(shí)間分辨光譜圖的縱坐標(biāo)為所述泵浦光激發(fā)的載流子的濃度值，橫坐標(biāo)為波長(zhǎng)； 分別選取所述10個(gè)時(shí)間分辨光譜圖中每個(gè)時(shí)間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值，所述10個(gè)時(shí)間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)相同； 以每個(gè)時(shí)間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值為縱坐標(biāo)，以與每個(gè)時(shí)間分辨光譜圖的峰值相對(duì)應(yīng)的時(shí)間為橫坐標(biāo)描出“載流子峰值濃度一時(shí)間”平滑線散點(diǎn)圖； 根據(jù)所述“載流子峰值濃度一時(shí)間”平滑線散點(diǎn)圖確定AlGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子的發(fā)光裳減時(shí)間； 在電子和空穴壽命相同的條件下，根據(jù)所述發(fā)光衰減時(shí)間確定AlGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述AlGaN/GaN基器件的的材料為禁帶材料，所述禁帶寬度為3. 4ev。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述取樣時(shí)間間隔為Ins。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種確定AlGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命的方法，屬于GaN基異質(zhì)結(jié)構(gòu)溝道量子阱中載流子馳豫物理機(jī)制技術(shù)領(lǐng)域。該方法根據(jù)“載流子峰值濃度—時(shí)間”平滑線散點(diǎn)圖確定AlGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子的發(fā)光衰減時(shí)間，之后，在假定電子和空穴壽命相同的條件下，根據(jù)所述發(fā)光衰減時(shí)間確定AlGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)溝道載流子壽命。該方法能夠?qū)ζ骷奈锢頇C(jī)制進(jìn)行深入的認(rèn)識(shí)和對(duì)器件可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)。
文檔編號(hào)G01R31/26GK102736011SQ20121023864
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月10日
發(fā)明者劉新宇, 趙妙, 鄭英奎, 閻理賀 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所