[发明专利]一种半导体材料载流子有效寿命测量方法有效

专利信息
申请号: 201710325264.8 申请日: 2017-05-10
公开(公告)号: CN107192933B 公开(公告)日: 2019-07-23
发明(设计)人: 王谦;刘卫国 申请(专利权)人: 西安工业大学
主分类号: G01R31/26 分类号: G01R31/26;G01R31/265
代理公司: 西安新思维专利商标事务所有限公司 61114 代理人: 黄秦芳
地址: 710032 陕*** 国省代码: 陕西;61
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摘要: 发明提供一种半导体材料载流子有效寿命测量方法,包括以下步骤:将光强周期性调制的连续探测激光注入稳定光学谐振腔,在腔内适当位置将被测半导体材料垂直探测光光轴放置,由探测器探测谐振腔衰荡信号,得到此时衰荡时间常数τ1;将光强稳定的连续泵浦激光入射到半导体材料表面相同位置,得到此时衰荡时间常数τ2;改变泵浦光光强,得到不同光强泵浦时衰荡时间常数,计算得到半导体材料载流子有效寿命τeff。本发明具有测量装置简单、成本低、精度高等优点。
搜索关键词: 半导体材料 载流子 有效寿命 光强 时间常数τ 泵浦 探测 测量 半导体材料表面 稳定光学谐振腔 周期性调制 泵浦激光 测量装置 时间常数 适当位置 衰荡信号 探测激光 谐振腔 探测器 腔内 入射 垂直
【主权项】:
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Ipump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Ipump,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(Ipump),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(Ipump),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Ipump的关系数据,计算得到载流子有效寿命为Kfit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,σfca为自由载流子吸收截面,η为光电转化效率。
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