[发明专利]一种半导体材料载流子有效寿命测量方法

权利要求书

1.一种半导体材料载流子有效寿命测量方法，其特征在于：所述的测量方法的步骤为：

步骤1)：将被测半导体材料垂直于探测光束光轴放置于光学谐振腔内，所述光学谐振腔由两块曲率半径相同的平凹反射镜凹面相对垂直于光轴放置组成；

所述的被测半导体材料为双面抛光样品；

所述的光学谐振腔的腔镜在探测激光波长处的反射率大于99.9％；

步骤2)：将光强周期性方波调制的连续探测激光入射到步骤1)中的光学谐振腔，从光学谐振腔透射的探测激光由聚焦透镜聚焦到光电探测器，光学谐振腔和被测半导体材料对探测激光产生反射、散射和吸收等损耗，光电探测器探测光学谐振腔输出的衰荡信号，当衰荡信号幅值超过设定阈值时，触发快速光开关关断探测激光，记录此时谐振腔的衰荡信号或者在周期性调制信号的下降沿记录光学谐振腔的衰荡信号，得到衰荡时间常数τ₁；

所述的连续探测激光光源由半导体激光器、固体激光器或气体激光器产生，且探测光的光子能量小于被测半导体的本征半导体禁带宽度；

步骤3)：将一束强度为I_pump的连续泵浦激光斜入射到被测半导体材料表面，被测半导体材料因吸收泵浦激光能量在被照射区域产生过剩载流子，使得谐振腔内总损耗增加，重复步骤2)得到此时谐振腔的衰荡时间常数τ₂；所述的泵浦激光斜入射到被测半导体材料表面的位置与探测光束入射位置重合；

所述的过剩载流子由泵浦激光照射被测半导体材料产生，该连续泵浦激光由半导体激光器或固体激光器或气体激光器产生，且泵浦激光的光子能量大于被测半导体的本征半导体禁带宽度；

步骤4)：多次改变泵浦光强度I_pump，重复步骤3)得到不同泵浦光强度时谐振腔的衰荡时间常数τ₂(I_pump)，通过计算得到半导体材料载流子有效寿命；

将步骤(2)和步骤(3)中测得的光腔衰荡信号按单指数衰减函数拟合出谐振腔衰荡时间常数τ₁和τ₂(I_pump)，A、B为常数，根据公式通过线性拟合步骤(4)中测得的与泵浦光强度I_pump的关系数据，计算得到载流子有效寿命为K_fit为线性拟合的斜率值，L为谐振腔腔长，hν为泵浦光光子能量，c为真空中光速，d为被测半导体材料厚度，R和α分别为腔镜的曲率半径和被测半导体材料对泵浦光的反射率吸收系数，σ_fca为自由载流子吸收截面，η为光电转化效率。

2.根据权利要求1所述的半导体材料载流子有效寿命测量方法，其特征在于：所述的光学谐振腔为稳定腔或共焦腔，总腔长满足0<L≤2R，R为腔镜的曲率半径。

3.根据权利要求2所述的半导体材料载流子有效寿命测量方法，其特征在于：当光学谐振腔输出信号幅值高于设定阈值时，所述的触发关断探测激光通过以下方式之一实现：

a.在探测激光器和第一块平凹反射镜之间采用快速光开关来关闭探测激光，所述的快速光开关为电光调制开关或声光调制开关；

b.利用方波下降沿来关闭探测激光。

4.根据权利要求3所述的半导体材料载流子有效寿命测量方法，其特征在于：所述的光学谐振腔的衰荡信号由示波器或数据采集卡记录。