CN101551294B - 一种检测光照下半导体光探测器件表面漏电通道的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测光照下半导体光探测器件表面漏电通道的方法，该方法是通过测量不同光照强度下器件表面的电容微分信号，判断由光照引起的表面反型层即表面漏电通道的存在。结合测量数据，通过相应的数值模拟，得出测量区域具体漏电通道的大小。利用本方法可以直接、明确地得出器件具体的表面漏电特性，从而为器件漏电的抑制提供有针对性的参数。本发明对于改善器件性能和优化器件设计都有着十分重要的意义。

Description

一种检测光照下半导体光探测器件表面漏电通道的方法

技术领域：

本发明涉及半导体光探测器件性能的测量，具体是指一种半导体光探测器件表面在光照下产生的漏电通道的测量方法。

背景技术：

在影响光探测器性能的因素中，漏电特性是一个至关重要的参数，它可以影响到探测器的噪声水平和灵敏度。研究如何改善器件的漏电特性，是优化器件性能的重要课题，是目前探测器工艺上十分关注的问题。引起器件漏电的因素有很多，而其中，在沿垂直于生长方向的侧面，其表面性质会影响器件的漏电特性。如在表面势的作用下，表面会出现反型。反型区会改变pn结的偏置特性，从而引发表面的漏电。因此，表面的反型区可以视作一个漏电通道。这种侧壁的漏电通道在台面探测器结构中，会对器件性能有明显影响。在光照(探测器的工作条件)下，因为光激发的电子空穴对在表面势的作用下会被分离，即便表面势并不高，也可能在表面处出现少子的积聚，形成反型层。因此这种漏电通道在光的辐照下会更加容易出现。

目前，对于光探测器件漏电特性的研究中，通常是采用宏观的I-V等方法将在暗背景下测量得到的暗电流作为漏电流，来进行漏电特性的分析。然而这些方法只能得到暗背景下总体的漏电流情况，无法区分表面漏电和体内漏电，因而无法针对具体的漏电因素为漏电的解决途径提供信息。另一方面，探测器的工作条件是在光照下的，而光照实际上会对器件性能产生影响。在光照下的漏电特性是常规的I-V测量无法得到的。因此，对光照条件下表面漏电通道的检测不仅可以得到更接近于工作状态的漏电信息，而且可以为漏电的抑制提供更加直接和具有针对性的帮助。

本发明通过分析光照条件下具体的载流子分布，从电子学角度直观且有针对性地检测光探测器件在光照条件下形成的表面漏电通道，为工作条件下器件漏电特性的分析和漏电性能的改善提供参数。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种检测一种光照条件下半导体光探测器表面漏电通道的方法。该方法可以获得常规I-V方法中无法获取的光照条件下的表面漏电性质。

本发明的技术方案是利用一束光子能量大于被测材料带隙的激光，通过测量探测器件表面在不同光功率密度下电容的微分信号，由相应的数值模拟得到表面反型层的深度。根据反型层深度可以判断光照下表面漏电通道的大小。其步骤如下：

1.将半导体光探测器件沿垂直于生长方向解理，用导电银胶将解理后的器件粘在小铁片上，其中解理面垂直向上露于大气中，与粘贴面相对。

2.用扫描探针显微镜的扫描电容显微模式测量器件解理面的电容微分信号，测量时系统自带光斑离开测量区域90μm以外。

3.调节外加入射激光，使其直接打到器件测量区域，外加入射激光的光子能量应大于被测材料的带隙。

4.调节入射激光功率密度，记录一系列光照下的电容的微分信号。

5.根据所测的器件信息以及具体入射光波长，由器件模拟软件建立模型。

6.由测得的电容微分信号出现极性反转时的光功率密度，选择该光照强度作为入射光参数进行模拟，并根据此时dC/dV＝0的关系，通过数值模拟调试出测量表面的表面势及表面电荷密度大小。

7.根据所得到的表面势及表面电荷密度大小，由数值模拟得出一系列光照下器件内具体的载流子分布，从而得到光照下的表面反型层，也就是表面以下少子超过多子的区域，该区域即为漏电通道，反型层的深度即为漏电通道的大小。

本发明基于的原理是半导体材料电容微分信号的极性对应于近表面处不同类型的载流子特性(n或p型)，而表面反型会导致电容微分信号极性的反转。因此通过电容微分信号能够判断表面反型层的存在。

被测材料的表面势大小将影响表面反型层出现时的光照强度。因此根据测量得到的信号极性反转临界点时的光功率密度，结合数值模拟，通过计算电容微分值，并根据此时dC/dV＝0这个关系，可以调试出表面势及表面电荷密度的大小。在得到这些参数后，由数值模拟得到载流子分布。反型层(少子浓度超过多子的区域)深度由载流子的分布情况直接得出。根据反型层的深度判断表面漏电通道的大小。

本测量方法的优点是：可以直接、明确地判断光照下光探测器表面漏电通道大小，从而可以为漏电特性的优化提供有针对性的参数。

附图说明

图1为本实施例所测量的器件结构，其中，(a)为器件各层材料及掺杂情况，(b)为扫描电容显微测量示意图。

图2为一系列功率密度的光照下，得到的电容微分信号曲线。

图3为在靠近吸收层中心位置(沿生长方向)处，电容微分信号随激光功率密度变化曲线。

图4为在8.92mW/cm²光功率密度下，在靠近吸收层中心位置(沿生长方向)处，由测量表面向体内(垂直生长方向)的载流子分布。

具体实施方式

下面以InGaAs/InP雪崩二极管(APD)为实施例，结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明：

所测器件为金属有机化学气相淀积(MOCVD)生长的InGaAs/InP雪崩二极管结构，见图1(a)。在n型InP基底上依次是n型InP层、非故意掺杂的InGaAs吸收层、n型InGaAsP层、n型InP层、非故意掺杂的InP倍增层以及p型的InP层。这里，我们定义器件生长方向为Y方向，与器件生长方向垂直的为X方向。将器件沿Y方向解理后，用导电银胶粘在小铁片上，其中待测的Y方向解理面垂直向上，与粘贴面相对(见图1(b))。

电容微分信号的测量采用美国Veeco公司生产的Multimode Nanoscope IV扫描探针显微镜的扫描电容显微测量模式。选用Ni/Cd涂层的探针，测量在dC/dV模式下进行，其中系统的直流偏压设为0，交流偏压幅度设为1V，交流频率在85kHz，系统自带的激光在测量时将光斑位置移开器件区域90μm以外。

由光纤引入波长980nm的外加激光，使其打到器件的测量区域，调节激光的功率密度，记录不同功率密度下测得的电容微分信号。

图2为不同激光功率密度下的电容微分信号曲线，其中中间的InGaAs吸收层的信号在不同光功率密度下有明显的变化。随光强的增加，由负信号转为正信号，显示了该区域测量表面随光照强度的增加逐步反型的过程。

根据测量获得的器件基本参数信息以及光照的条件(如各区域的掺杂浓度、光吸收系数、光功率等)，采用Sentaurus Device软件建模，通过求解半导体基本方程，获得真实器件结构的光电性能数值模拟结果。通过校准或拟合准确的实验测量数据，最终确定表面势及表面电荷密度。

图3表示的是我们选择的在3.05μm位置处(Y方向，见图2)的点，测量所得的电容微分信号随光功率密度的变化趋势。从图中可以看到在0.88mW/cm²处出现信号的零点，即此时dC/dV＝0。因此，选择激光功率密度为0.88mW/cm²进行数值模拟，并根据此时dC/dV＝0这个关系，调试得出具体的表面势以及表面电荷密度。在得到这些参数后，器件内各处在不同功率密度的激光辐照下的载流子浓度都可以由数值模拟得出。

图4表示的是在8.92mW/cm²光功率密度下，在3.05μm位置处(Y方向，见图2)，由测量表面向体内(X方向)的载流子分布。在表面下200nm范围内，空穴浓度超过了电子，为反型层，即我们检测到的漏电通道，反型的深度就是漏电通道的大小(宽度)。此时该位置处漏电通道的宽度为200nm。以上所述的实施例仅为了说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的范围不仅局限于上述具体实施例，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍涵盖在本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种检测光照下半导体光探测器件表面漏电通道的方法，其特征在于步骤如下：

a.将半导体光探测器件沿垂直于生长方向解理，用导电银胶将解理后的器件粘在小铁片上，其中解理面垂直向上露于大气中，与粘贴面相对；

b.用扫描探针显微镜的扫描电容显微模式测量器件解理面的电容微分信号，测量时系统自带光斑离开测量区域90μm以外；

c.调节外加入射激光，使其直接打到器件测量区域，外加入射激光的光子能量应大于被测材料的带隙；

d.调节入射激光功率密度，记录一系列光照下的电容的微分信号；

e.根据所测的器件信息以及具体满足器件可以响应的入射光波长和光功率密度，由器件模拟软件建立模型；

f.由测得的电容微分信号出现极性反转时的光功率密度，选择该光照强度作为入射光参数进行模拟，并根据此时dC/dV＝0的关系，通过数值模拟调试出测量表面的表面势及表面电荷密度大小；

g.根据所得到的表面势及表面电荷密度大小，由数值模拟得出一系列光照下器件内具体的载流子分布，从而得到光照下的表面反型层，也就是表面以下少子超过多子的区域，该区域即为漏电通道，反型层的深度即为漏电通道的大小。

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