[发明专利]一种获取半导体材料辐射后载流子浓度重分布的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电功能材料特征参数的检测，具体涉及一种获取半导 体材料辐射后载流子浓度重分布的方法。

背景技术

半导体中的迁移电子或空穴，即载流子，是现代(光)电子器件的功能载 体。在光电器件中，载流子在不同能态间的跃迁，对应了光子的吸收和发射， 从而实现光能和电能之间的转换。而航天器、卫星以及载荷等核心功能区域广 泛采用半导体材料和器件，鉴于此，半导体功能结构中载流子的浓度及其微观 分布布局特征是决定器件性能的基本信息，当半导体材料受到辐射影响时，其 核心功能区域的载流子浓度会发生变化和重分布，在半导体量子功能结构中尤 其如此，不管是对量子阱光电探测器还是量子级联激光器，其核心结构-量子阱 中的载流子布居密度对器件的漏电特性和光电(或电光)转换效率都有直接的 影响。

因此有必要获取半导体材料辐射后载流子浓度重分布结果。半导体光电器 件中特征功能区域的宽度常在十纳米以下，从分辨率的限制上就排除了霍尔检 测方法。而且很多应用于微小卫星的新型小体积、低功耗、高效率的半导体器 件和材料，例如量子点激光器、量子阱激光器以及量子级联激光器等，对其辐 射后载流子重分布的检测只能进行非破坏性检测，原因是其载流子分布受其物 理形貌变化的影响非常敏感，故电化学C-V方法(ECV)和二次离子质谱方法 (SIMS)等破坏性的检测方法不再有效。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种获取半导体材料辐射后载流子浓度重分布的 方法，能够以非破坏性的方式，使得载流子浓度重分布结果的测量。

为解决上述技术问题，本发明具体方法如下：

一种获取半导体材料辐射后载流子浓度重分布的方法，包括如下步骤：

步骤一、首先非破坏性的测量半导体横截面的局域电导分布；

步骤二、基于程序语言建立半导体材料扫描分布电导测量过程的模型；

步骤三、利用模型计算获得半导体材料的肖特基电流分布曲线α；

步骤四、通过不断调整模型中的电导分布参数，使得肖特基电流分布曲线α 对应的电导分布曲线与实际测量电导分布曲线β之间相对误差极小；

步骤五、依据步骤三确定的最终肖特基电流分布曲线α，推导出各数据点的 载流子浓度数值，进而获取了半导体材料中载流子浓度的分布。

优选地，所述非破坏性的测量半导体横截面的局域电导分布为：采用多模 式扫描探针显微镜的分布电阻检测模式进行测量。

优选地，半导体材料扫描分布电导测量过程的模型基于导电探针与半导体 材料表面之间的肖特基型接触而构建；肖特基电流密度为热电子发射电流输运 机制，并且包含与半导体材料中载流子浓度相关的等效势垒修正效应。

优选地，模型中设置的测量偏压略小于实验测量值。

优选地，肖特基接触电流密度的计算基于热电子发射机制，并计入镜像力、 热辅助隧穿效应引起的等效肖特基势垒降低，即：

其中，J_TE为肖特基接触电流密度，φB_n0是测量导电针尖与半导体材料形成 的肖特基势垒高度，ΔΦ_IMF是镜像力效应引起的等效肖特基势垒降低量，ΔΦ_TFE是热辅助隧穿效应引起的等效肖特基势垒降低量，A*是有效理查德森常数，T 是测量温度，q是单位电荷量，k是玻耳兹曼常数，V_F是测量所施加的正向偏压；

镜像力效应引起的肖特基势垒高度等效降低量ΔΦ_IMF为：

其中ε_s半导体材料的相对介电常数，N是半导体中的载流子浓度，φ_n是半 导体材料导带底与费密能级之间的能级差；

热辅助隧穿效应引起的肖特基势垒高度等效降低量ΔΦ_TFE为：

其中

m^*是半导体材料的导带电子有效质量，h是普朗克常数。

优选地，所述步骤三为：

导电探针在垂直扫过半导体测量表面时，设探针与半导体的接触半径为R， 电流数据点宽为d，而局域电导的半峰宽为2k，则三者的解析关系为：

求解即可确定出探针与每个电流数据点对应的最大有效接触面积S；