专利名称：确定AlGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法
技术领域：
本发明涉及GaN基异质结构沟道量子阱中载流子驰豫物理机制技术领域，特别涉及一种确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法。
背景技术：
目前，在半导体器件中，高速和小尺寸是其发展的两个方向，对材料中的各种载流子的微观动力学过程的理解是实现高速和小尺寸半导体器件的基础。因此，对半导体内部微观世界的了解就显得尤其重要。在半导体中存在着各种离子，包括电子、空穴、光学声子、等离子体、磁子、激子和耦合模等。上述半导体中的离子被激发后存在的寿命尺度通常是PS量级。因此，有关载流子产生机制之间的相互作用、动力学过程和伴随着各种效应的信息可以通过直接的超快测量获取，包括皮秒和飞秒。并且，在时域测量中可获取频域信息，不同 时刻内的特征谱信息可表征不同能级间的信息。因此，对于开发快速响应电子器件需要对半导体中的各种围观离子动力学过程应有个清晰的理解。通过测量GaN材料带边发光的瞬态衰减方法可以直接得到载流子的寿命。飞秒激光技术的发展使对发生在半导体中的超快动力学过程的研究变为现实。飞秒激光是一种以脉冲形式运转的激光，持续时间非常短，只有几飞秒，由于飞秒激光具有快速和高分辨率的特点，其可以观察到原子和电子层面上的超快运动过程。泵浦一探测技术是超快探测技术中探测半导体超快动力学过程中最重要的一种技术。在典型的泵浦一探测技术中，一个超短脉冲激光被分成泵浦光和探测光，这两束光具有一个可变光学延迟，泵浦光通常被用来激发半导体，探测光通常比泵浦光弱很多，它通常用来探测由泵浦光引起的样品性质的变化，这个变化随时间的演化通过改变两束光之间的延迟来实现。探测光携带了很多信息，包括带间跃迁、激发态的吸收、载流子的扩散和表面复合等动力学过程。半导体辐射复合从大体上说可以分为三个过程A.半导体中的载流子通过光注入或者电注入激发到高能态而处于不稳的激发态，这时，半导体中的载流子处于非平衡状态。B.非平衡载流子的驰豫。C.载流子的辐射复合发光。以激发产生的电子为例，电子从价带被激发到导带以后有两条途径一是跃迁回到价带形成辐射复合发光；例外是通过发射声子等过程驰豫到导带底，电子在导带底再向价带跃迁与空穴复合发光，这是一种竞争过程。一般来说，辐射复合发光寿命大约在亚纳秒或者纳秒级甚至更高，而载流子驰豫过程一般在皮秒甚至亚纳秒级。
发明内容
为了对器件的物理机制进行深入的认识和对器件可靠性进行评价，本发明提出了一种确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法。本发明提供的确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法包括以下步骤将Ons时刻设定为第I个时刻，从Ons开始每经过I个取样时间间隔设定I个时亥IJ，采集时间分辨光谱，使得所述时间分辨光谱从无峰值状态到有峰值状态再到无峰值状态，形成10个时间分辨光谱图，所述时间分辨光谱图的纵坐标为所述泵浦光激发的载流子的浓度值，横坐标为波长；分别选取所述10个时间分辨光谱图中每个时间分辨光谱图的载流子浓度的峰值，所述10个时间分辨光谱图的载流子浓度的峰值对应的波长相同；以每个时间分辨光谱图的载流子浓度的峰值为纵坐标，以与每个时间分辨光谱图的峰值相对应的时间为横坐标描出“载流子峰值浓度一时间”平滑线散点图；根据所述“载流子峰值浓度一时间”平滑线散点图确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子的发光衰减时间；在电子和空穴寿命相同的条件下，根据所述发光衰减时间确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命。作为优选，所述AIGaN/GaN基器件的的材料为禁带材料，所述禁带宽度为3. 4ev。作为优选，所述取样时间间隔为Ins。本发明提供的确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法能够对器件的物理机制进行深入的认识和对器件可靠性进行评价。
图I为本发明实施例提供的确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法在Ons时刻的时间分辨光谱图；图2为本发明实施例提供的确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法在Ins时刻的时间分辨光谱图；图3为本发明实施例提供的确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法在2ns时刻的时间分辨光谱图；图4为本发明实施例提供的确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法在3ns时刻的时间分辨光谱图；图5为本发明实施例提供的确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法在4ns时刻的时间分辨光谱图；图6为本发明实施例提供的确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法在5ns时刻的时间分辨光谱图；图7为本发明实施例提供的确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法在6ns时刻的时间分辨光谱图；图8为本发明实施例提供的确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法在7ns时刻的时间分辨光谱图；图9为本发明实施例提供的确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法在8ns时刻的时间分辨光谱图；图10为本发明实施例提供的确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法在、9ns时刻的时间分辨光谱图。图11为本发明实施例提供的确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法的“载流子峰值浓度一时间”平滑线散点图。
具体实施例方式为了深入了解本发明，下面结合附图及具体实施例对本发明进行详细说明。本发明提供的确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法中，AIGaN/GaN基器件的的材料为禁带材料，禁带宽度为3. 4ev，该方法包括以下步骤步骤I :从Ons时刻开始设定为第I个时刻，每经过I个取样时间间隔设定I个时亥IJ，采集时间分辨光谱，使得时间分辨光谱从无峰值状态到有峰值状态再到无峰值状态，形、成10个时间分辨光谱图，参见附图I 10，时间分辨光谱图的纵坐标为泵浦光激发的载流子的浓度值，横坐标为波长；本实施例中，取样时间间隔为Ins。步骤2 :分别选取10个时间分辨光谱图中每个时间分辨光谱图的载流子浓度的峰值，10个时间分辨光谱图的载流子浓度的峰值对应的波长相同，本实施例中，该10个时间分辨光谱图的载流子浓度的峰值对应的波长为370nm步骤3 :以每个时间分辨光谱图的载流子浓度的峰值为纵坐标，以与每个时间分辨光谱图的峰值相对应的时间为横坐标描出“载流子峰值浓度一时间”平滑线散点图，参见附图11。步骤4 :根据“载流子峰值浓度一时间”平滑线散点图确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子的发光衰减时间，本实施例中，发光衰减时间为9ns，步骤5 :在假定电子和空穴寿命相同的条件下，根据发光衰减时间确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命，本实施例中，根据发光衰减时间确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命为18ns。本发明提供的确定AIGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法能够对器件的物理机制进行深入的认识和对器件可靠性进行评价。以上所述的具体实施方式
，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式
而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种确定AlGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法，其特征在于，包括以下步骤 将Ons时刻设定为第I个时刻，从Ons开始每经过I个取样时间间隔设定I个时刻，采集时间分辨光谱，使得所述时间分辨光谱从无峰值状态到有峰值状态再到无峰值状态，形成10个时间分辨光谱图，所述时间分辨光谱图的纵坐标为所述泵浦光激发的载流子的浓度值，横坐标为波长； 分别选取所述10个时间分辨光谱图中每个时间分辨光谱图的载流子浓度的峰值，所述10个时间分辨光谱图的载流子浓度的峰值对应的波长相同； 以每个时间分辨光谱图的载流子浓度的峰值为纵坐标，以与每个时间分辨光谱图的峰值相对应的时间为横坐标描出“载流子峰值浓度一时间”平滑线散点图； 根据所述“载流子峰值浓度一时间”平滑线散点图确定AlGaN/GaN基异质结沟道载流子的发光裳减时间； 在电子和空穴寿命相同的条件下，根据所述发光衰减时间确定AlGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述AlGaN/GaN基器件的的材料为禁带材料，所述禁带宽度为3. 4ev。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述取样时间间隔为Ins。
全文摘要
本发明公开了一种确定AlGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命的方法，属于GaN基异质结构沟道量子阱中载流子驰豫物理机制技术领域。该方法根据“载流子峰值浓度—时间”平滑线散点图确定AlGaN/GaN基异质结沟道载流子的发光衰减时间，之后，在假定电子和空穴寿命相同的条件下，根据所述发光衰减时间确定AlGaN/GaN基异质结沟道载流子寿命。该方法能够对器件的物理机制进行深入的认识和对器件可靠性进行评价。
文档编号G01R31/26GK102736011SQ20121023864
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月10日 优先权日2012年7月10日
发明者刘新宇, 赵妙, 郑英奎, 阎理贺 申请人:中国科学院微电子研究所