確定AlGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法
2023-05-11 16:14:16
專利名稱：確定AlGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法
技術領域：
本發明涉及GaN基異質結構溝道量子阱中載流子馳豫物理機制技術領域，特別涉及一種確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法。
背景技術：
目前，在半導體器件中，高速和小尺寸是其發展的兩個方向，對材料中的各種載流子的微觀動力學過程的理解是實現高速和小尺寸半導體器件的基礎。因此，對半導體內部微觀世界的了解就顯得尤其重要。在半導體中存在著各種離子，包括電子、空穴、光學聲子、等離子體、磁子、激子和耦合模等。上述半導體中的離子被激發後存在的壽命尺度通常是PS量級。因此，有關載流子產生機制之間的相互作用、動力學過程和伴隨著各種效應的信息可以通過直接的超快測量獲取，包括皮秒和飛秒。並且，在時域測量中可獲取頻域信息，不同 時刻內的特徵譜信息可表徵不同能級間的信息。因此，對於開發快速響應電子器件需要對半導體中的各種圍觀離子動力學過程應有個清晰的理解。通過測量GaN材料帶邊發光的瞬態衰減方法可以直接得到載流子的壽命。飛秒雷射技術的發展使對發生在半導體中的超快動力學過程的研究變為現實。飛秒雷射是一種以脈衝形式運轉的雷射，持續時間非常短，只有幾飛秒，由於飛秒雷射具有快速和高解析度的特點，其可以觀察到原子和電子層面上的超快運動過程。泵浦一探測技術是超快探測技術中探測半導體超快動力學過程中最重要的一種技術。在典型的泵浦一探測技術中，一個超短脈衝雷射被分成泵浦光和探測光，這兩束光具有一個可變光學延遲，泵浦光通常被用來激發半導體，探測光通常比泵浦光弱很多，它通常用來探測由泵浦光引起的樣品性質的變化，這個變化隨時間的演化通過改變兩束光之間的延遲來實現。探測光攜帶了很多信息，包括帶間躍遷、激發態的吸收、載流子的擴散和表面複合等動力學過程。半導體輻射複合從大體上說可以分為三個過程A.半導體中的載流子通過光注入或者電注入激發到高能態而處於不穩的激發態，這時，半導體中的載流子處於非平衡狀態。B.非平衡載流子的馳豫。C.載流子的輻射複合發光。以激發產生的電子為例，電子從價帶被激發到導帶以後有兩條途徑一是躍遷回到價帶形成輻射複合發光；例外是通過發射聲子等過程馳豫到導帶底，電子在導帶底再向價帶躍遷與空穴複合發光，這是一種競爭過程。一般來說，輻射複合發光壽命大約在亞納秒或者納秒級甚至更高，而載流子馳豫過程一般在皮秒甚至亞納秒級。
發明內容
為了對器件的物理機制進行深入的認識和對器件可靠性進行評價，本發明提出了一種確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法。本發明提供的確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法包括以下步驟將Ons時刻設定為第I個時刻，從Ons開始每經過I個取樣時間間隔設定I個時亥IJ，採集時間分辨光譜，使得所述時間分辨光譜從無峰值狀態到有峰值狀態再到無峰值狀態，形成10個時間分辨光譜圖，所述時間分辨光譜圖的縱坐標為所述泵浦光激發的載流子的濃度值，橫坐標為波長；分別選取所述10個時間分辨光譜圖中每個時間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值，所述10個時間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值對應的波長相同；以每個時間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值為縱坐標，以與每個時間分辨光譜圖的峰值相對應的時間為橫坐標描出「載流子峰值濃度一時間」平滑線散點圖；根據所述「載流子峰值濃度一時間」平滑線散點圖確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子的發光衰減時間；在電子和空穴壽命相同的條件下，根據所述發光衰減時間確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命。作為優選，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。作為優選，所述取樣時間間隔為Ins。本發明提供的確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法能夠對器件的物理機制進行深入的認識和對器件可靠性進行評價。
圖I為本發明實施例提供的確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法在Ons時刻的時間分辨光譜圖；圖2為本發明實施例提供的確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法在Ins時刻的時間分辨光譜圖；圖3為本發明實施例提供的確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法在2ns時刻的時間分辨光譜圖；圖4為本發明實施例提供的確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法在3ns時刻的時間分辨光譜圖；圖5為本發明實施例提供的確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法在4ns時刻的時間分辨光譜圖；圖6為本發明實施例提供的確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法在5ns時刻的時間分辨光譜圖；圖7為本發明實施例提供的確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法在6ns時刻的時間分辨光譜圖；圖8為本發明實施例提供的確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法在7ns時刻的時間分辨光譜圖；圖9為本發明實施例提供的確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法在8ns時刻的時間分辨光譜圖；圖10為本發明實施例提供的確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法在、9ns時刻的時間分辨光譜圖。圖11為本發明實施例提供的確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法的「載流子峰值濃度一時間」平滑線散點圖。
具體實施例方式為了深入了解本發明，下面結合附圖及具體實施例對本發明進行詳細說明。本發明提供的確定AIGaN/GaN基異質結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時刻開始設定為第I個時刻，每經過I個取樣時間間隔設定I個時亥IJ，採集時間分辨光譜，使得時間分辨光譜從無峰值狀態到有峰值狀態再到無峰值狀態，形、成10個時間分辨光譜圖，參見附圖I 10，時間分辨光譜圖的縱坐標為泵浦光激發的載流子的濃度值，橫坐標為波長；本實施例中，取樣時間間隔為Ins。步驟2 :分別選取10個時間分辨光譜圖中每個時間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值，10個時間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值對應的波長相同，本實施例中，該10個時間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值對應的波長為370nm步驟3 :以每個時間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值為縱坐標，以與每個時間分辨光譜圖的峰值相對應的時間為橫坐標描出「載流子峰值濃度一時間」平滑線散點圖，參見附圖11。步驟4 :根據「載流子峰值濃度一時間」平滑線散點圖確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子的發光衰減時間，本實施例中，發光衰減時間為9ns，步驟5 :在假定電子和空穴壽命相同的條件下，根據發光衰減時間確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命，本實施例中，根據發光衰減時間確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命為18ns。本發明提供的確定AIGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法能夠對器件的物理機制進行深入的認識和對器件可靠性進行評價。以上所述的具體實施方式
，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施方式
而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種確定AlGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法，其特徵在於，包括以下步驟 將Ons時刻設定為第I個時刻，從Ons開始每經過I個取樣時間間隔設定I個時刻，採集時間分辨光譜，使得所述時間分辨光譜從無峰值狀態到有峰值狀態再到無峰值狀態，形成10個時間分辨光譜圖，所述時間分辨光譜圖的縱坐標為所述泵浦光激發的載流子的濃度值，橫坐標為波長； 分別選取所述10個時間分辨光譜圖中每個時間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值，所述10個時間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值對應的波長相同； 以每個時間分辨光譜圖的載流子濃度的峰值為縱坐標，以與每個時間分辨光譜圖的峰值相對應的時間為橫坐標描出「載流子峰值濃度一時間」平滑線散點圖； 根據所述「載流子峰值濃度一時間」平滑線散點圖確定AlGaN/GaN基異質結溝道載流子的發光裳減時間； 在電子和空穴壽命相同的條件下，根據所述發光衰減時間確定AlGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，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.根據權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述取樣時間間隔為Ins。
全文摘要
本發明公開了一種確定AlGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命的方法，屬於GaN基異質結構溝道量子阱中載流子馳豫物理機制技術領域。該方法根據「載流子峰值濃度—時間」平滑線散點圖確定AlGaN/GaN基異質結溝道載流子的發光衰減時間，之後，在假定電子和空穴壽命相同的條件下，根據所述發光衰減時間確定AlGaN/GaN基異質結溝道載流子壽命。該方法能夠對器件的物理機制進行深入的認識和對器件可靠性進行評價。
文檔編號G01R31/26GK102736011SQ20121023864
公開日2012年10月17日 申請日期2012年7月10日 優先權日2012年7月10日
發明者劉新宇, 趙妙, 鄭英奎, 閻理賀 申請人:中國科學院微電子研究所