LT5461B - Priverstinės spinduliuotės slenkstinės energijos nustatymo puslaidininkiuose būdas - Google Patents
Priverstinės spinduliuotės slenkstinės energijos nustatymo puslaidininkiuose būdas Download PDFInfo
- Publication number
- LT5461B LT5461B LT2006018A LT2006018A LT5461B LT 5461 B LT5461 B LT 5461B LT 2006018 A LT2006018 A LT 2006018A LT 2006018 A LT2006018 A LT 2006018A LT 5461 B LT5461 B LT 5461B
- Authority
- LT
- Lithuania
- Prior art keywords
- semiconductor
- energy
- diffraction efficiency
- optical
- stimulated emission
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims abstract 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 16
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 7
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 28
- 239000000523 sample Substances 0.000 abstract description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 abstract 5
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 abstract 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 11
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 7
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 7
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
Abstract
Pasiūlymas yra iš medžiagų metrologijos srities, o būtent - puslaidininkinių medžiagų optinių savybių matavimo srities, ir gali būti panaudotas nustatyti priverstinės spinduliuotės puslaidininkinėse medžiagose atsiradimui optinio kaupinimo sąlygomis. Pasiūlytas būdas gali būti taikomas medžiagų, skirtų puslaidininkinių lazerių gamybai, charakterizavimui bei šių medžiagų gamybos technologijos įvertinimui. Pasiūlytame priverstinės spinduliuotės slenkstinės energijos nustatymo puslaidininkiuose būde, kuriame tiriamąjį puslaidininkinį kristalą optiškai kaupina impulsiniu lazerinės spinduliuotės pluošteliu, naujai puslaidininkinį kristalą optiškai kaupina dviem koherentiškais impulsiniais lazerinės spinduliuotės pluošteliais, kuriais vienu metuapšviečia tiriamąjį objektą ir jame užrašo nepusiausvirųjų krūvininkų dinaminę gardelę, šią gardelę zonduoja kitu optiniu pluošteliu, matuoja dinaminės gardelės difrakcinis efektyvumą prie įvairių kaupinimo pluoštelio energijos tankių, ir priverstinės spinduliuotės slenkstinę energiją nustato pagal kaupinimo pluoštelio energijos vertę, prie kurios stebimas difrakcinio efektyvumo pilnas įsotinimas.Galimas kitas pasiūlytojo būdo variantas, kai naujai matuoja dinaminės gardelės difrakcinio efektyvumo kinetiką prie įvairių kaupinimo pluoštelio energijos tankių, o priverstinės spinduliuotės slenkstinę energiją nustato pagal kaupinimo energiją, prie kurios difrakcinio efektyvumo kinetikoje atsiranda greitoji irimo komponentė, kurios relaksacijoslaikas atkartoja žadinančiojo pluoštelio impulso trukmę.
Description
Pasiūlymas yra iš medžiagų metrologijos srities, o būtent - puslaidininkinių medžiagų optinių savybių matavimo srities, ir gali būti panaudotas nustatyti priverstinės spinduliuotės atsiradimą puslaidininkinėse medžiagose optinio kaupinimo sąlygomis. Pasiūlytas būdas gali būti taikomas medžiagų, skirtų puslaidininkinių lazerių gamybai, charakterizavimui bei šių medžiagų gamybos technologijos įvertinimui.
Žinomas optinis būdas priverstinės spinduliuotės slenkstinės energijos nustatymui optinio kaupinimo metodu, aprašytas knygoje “Group III Nitride Semiconductor Compounds: Physics and Applications. Ed. B.Gil, Clarendon Press, Oxford, 1998 , psl.213-[J. J. Song, W. Shan, “Optical properties and Iasing in GaN”. In “Goup III Nitride Semiconductor Compounds”, ed. By Bemard Gil, Clarendon Press, Oxford, 1998]. Tiriamoji medžiaga kaupinama lazeriniu impulsu, kurio kvanto energija yra didesnė nei draustinės energijos juostos plotis, todėl sukuriama didelė nepusiausvirųjų krūvininkų koncentracija. Naudojamos kelios optinės konfigūracijos, kurioms bendras yra tiriamojo kristalo paviršiaus žadinimas fokusuotu pluošteliu. Vienoje konfigūracijoje fotoemisįjos signalas registruojamas iš bandinio briaunos, statmenos paviršiui, o kitoje šis signalas registruojamas atbulinės sklaidos kryptimi nuo žadinamojo paviršiaus. Abiem atvejais matuojamas fotoemisįjos spektras bei jo intensyvumas prie įvairių žadinančio spindulio energijos tankių. Priverstinės rekombinacijos atsiradimo požymiai yra emisijos linijos spektro susiaurėjimas ir šios spektro linijos intensyvumo supertiesinė priklausomybė nuo žadinimo energijos. Priverstinės rekombinacijos slenkstinė energija nustatoma iš emisijos intensyvumo priklausomybės nuo žadinimo galios tankio ir atitinka žadinimo galios vertę, ties kuria prasideda emisijos intensyvumo supertiesinė auginio sparta.
Žinomo būdo analogo trūkumas yra tai, kad jį naudojant yra būtinas bandinio briaunos, statmenos žadinimo paviršiui, optinis paruošimas ir nuo šios briaunos kokybės priklausanti priverstinės spinduliuotės slenkstinės energijos vertė. Registruojant emisijos signalą atbulinės sklaidos kryptimi, priverstinės spinduliuotės slenkstinės energijos vertė dažnai priklauso nuo fokusuojamo žadinimo pluoštelio skerspjūvio ploto ties bandiniu (dėl pastarojo mikrostruktūros nevienalytiškumo).
Analogo trūkumams pašalinti priverstinės spinduliuotės slenkstinės energijos nustatymo būde, kuriame optinį kaupinimo kanalą sudaro impulsinis lazerinis pluoštelis, kuris apšviečia tiriamąjį puslaidininkį, naujai optinio kaupinimo kanale papildomai įveda antrąjį optinio kaupinimo pluoštelį, sudaro du optinio kaupinimo kanalus, kuriais vienu metu apšviečia tiriamojo objekto paviršių ir jame užrašo nepusiausvirųjų krūvininkų dinaminę gardelę, papildomai įveda zonduojantį optinį pluoštelį, kuriuo matuoja dinaminės gardelės difrakcinį efektyvumą prie įvairių kaupinimo pluoštelio energijos tankių, ir priverstinės spinduliuotės slenkstinę energiją nustato iš kaupinimo pluoštelio energijos vertės, prie kurios stebimas difrakcinio efektyvumo pilnas įsisotinimas.
Siūlomas būdas priverstinės spinduliuotės slenkstinės energijos Es nustatymui remiasi rekombinacijos spartos priklausomybės nuo šviesa sukuriamų krūvininkų koncentracijos matavimu. Šiame būde momentinė nepusiausvirųjų krūvininkų koncentracija N, kuri auga didinant kaupinimo energiją E, apsprendžia dinaminių gardelių difrakcinio efektyvumo vertę η ~ N ir jos augimą η ~ E sąlyginai žemų kaupinimo energijų intervale E < Es- Pasiekus pakankamai didelę koncentraciją, kai kvazi-Fermi lygmenys atsiranda juostose, tarpjuostinės rekombinacijos sparta slenkstiškai išauga ir rekombinacijos laikas sutrumpėja. Išaugusi rekombinacinė sparta neleidžia sukaupti daugiau nepusiausvirųjų krūvininkų juostose. Kai pasiekiama priverstinės spinduliuotės slenkstinė energija Es, nei koncentracija N, nei η nebedidėja energijų intervale E > E$
Siūlomo būdo realizavimui nereikia nei specialaus bandinio briaunų paruošimo, nei spektrometrinės įrangos.
Priverstinės spinduliuotės slenkstinės energijos nustatymo būdą paaiškina optinė schema (Fig. I), kurią sudaro lazerinis impulsinės spinduliuotės šaltinis 1, optinio kaupinimo pirminis kanalas 2, optinis daliklis 3, optinio kaupinimo pluoštelio dalis 4, pluoštelio daliklis 5, du optinio žadinimo kanalai 6 ir 7, tiriamas puslaidininkis 8, zonduojančio optinės spinduliuotės šaltinis 9, optinio vėlinimo įrenginys 10, optinio zondavimo kanalas 11, difragavusioji zondavimo pluoštelio dalis 12, fotodetektoriai FD1, FD2, FD3 ir duomenų surinkimo blokas 13. Schemos elementu paskirtis - suformuoti optinio žadinimo kanalus, nukreipti juos į tiriamąjį puslaidininkio kristalą, zonduojančiu pluošteliu sekti vyksmus tiriamajame kristale ir registruoti jų ypatumus pagal zonduojančio pluoštelio difragavusios dalies charakteristikas.
Puslaidininkinių medžiagų fotoelektrinių parametrų holografinis matavimo būdas veikia sekančiai. Lazerinės spinduliuotės pluoštelis iš pirmojo šaltinio 1 (pvz. impulsinio pikosekundinio lazerio spinduliuotė, kurios kvanto energija hv= 3.53 eV) sklinda optinio kaupinimo pirminiu kanalu 2, padalijamas pluoštelio dalikliu 5 į du optinio žadinimo kanalus 6 ir 7, kurie susikerta tiriamojo puslaidininkio bandinyje 8 (pvz. galio nitrido sluoksnyje, kurio draustinės juostos energija Eg = 3.51 eV). Šviesos kvantai yra pilnai sugeriami ir sukuria erdviškai moduliuotą nepusiausvirųjų krūvininkų pasiskirstymą Šie krūvininkai erdviškai pakeičia tiriamojo puslaidininkio 8 optines savybes - lūžio rodiklį arba (ir) sugerties koeficientą tuo sudarydami dinaminę difrakcinę gardelę tiriamajame puslaidininkyje. Zondavimo spinduliuotės pluoštelis iš antrojo šaltinio 9, kurio bangos ilgis yra silpnai sugeriamas tiriamajame objekte 8, pereina per optinio vėlinimo liniją 10, sklinda optiniu zondavimo kanalu 11, praeina per tiriamąjį objektą 8 ir registruojamas fotodetektoriumi FD2, patalpintu zondavimo kanale už tiriamojo bandinio. Zondavimo pluoštelis, sklisdamas per tiriamąjį puslaidininkį 8, kuriant žadinimo pluošteliai 6 ir 7 sukūrė erdviškai moduliuotą nepusiausvirųjų krūvininkų pasiskirstymą difraguoja nuo šios struktūros, sukurdamas difragavusį pluoštelį 12, kuris registruojamas fotodetektoriumi FD3. Fotodetektorius FD1, patalpintas stiklo plokštele 3 atšakotoje kaupinimo kanalo dalyje 4, registruoja signalą proporcingą kaupinimo energijai Eo. Fotodetektoriai FD1, FD2 ir FD3 perduoda proporcingus registruojamoms energijoms elektrinius signalus į elektroninį duomenų surinkimo bloką 13. Surinkti duomenys kompiuteriu matematiškai apdorojami ir suskaičiuojamas momentinis difrakcinis efektyvumas. Difrakcijos efektyvumas η apibrėžiamas kaip difragavusiojo pluoštelio 12 energijos ir praėjusiojo pro tiriamąjį bandinį zondavimo pluoštelio energijų santykis η = Id/Ip, matuojamas fotodetektoriais FD3 ir FD2.
Spindulinės rekombinacijos slenksčio nustatymui yra matuojama ekspozicinė difrakcijos charakteristika, t.y. difrakcijos efektyvumo priklausomybė nuo kaupinimo energijos tankio, η = f(E). Vėlinimo įrenginiu 10 parinkus zondavimo pluoštelio 11 nulinį vėlinimą atžvilgiu kaupinančių spindulių 6 ir 7, matuojamas ir skaičiuojama difrakcinio efektyvumo vertė τη fiksuotai kaupinimo pluoštelio energijai E|. Keičiant kaupinimo pluoštelio energiją intervale Ei.....EK, matuojamos difrakcinio efektyvumo vertės τη.....ηκ , taip gaunama ekspozicinė charakteristika. Fig. 2. parodyta GaN epitaksinio sluoksnio ekspozicinė charakteristika. Priverstinės spinduliuotės slenkstinės energijos vertė Es nustatoma iš kaupinimo pluoštelio energijos vertės, prie kurios stebimas difrakcinio efektyvumo pilnas įsisotinimas. Pateiktame pavyzdyje ši vertė GaN epitaksiniame sluoksnyje yra lygi 1,3 mJ/cm2. Matavimai InxGa|.x N/GaN heterosandarose su skirtingu In kiekiu (x = 8%, 10 % ir 15%) leido nustatyti Es vertes E =1,8 mJ/cm2 (kai x = 8 %) ir E = 0,8 mJ/cm2 (kai x = 10 %). Bandinyje su 15 % In ši vertė kaupinimo energijos intervale iki E = 4 mJ/cm2 nebuvo pasiekta dėl didelio medžiagos defektiškumo.
Palyginus su analogu, pasiūlytas puslaidininkinių medžiagų priverstinės spinduliuotės slenkstinės energijos vertės nustatymo būdas yra paprastesnis ir universalesnis, nes nereikalauja specialaus bandinio briaunų paruošimo, spektrometrinės įrangos. Tai leidžia matavimus atlikti bet kurioje tiriamojo bandinio vietoje, t.y. skanuoti priverstinės spinduliuotės slenkstinės energijos pasiskirstymą tiriamoje medžiagoje. Siūlomas būdas tinka matavimams plačiame kaupinimo spinduliuotės spektriniame ruože, netgi visiškai priartinat kaupinimo bangos ilgį prie puslaidininkiui būdingos fotoemisijos linijos.
Claims (2)
- IŠRADIMO APIBRĖŽTIS1. Priverstinės spinduliuotės slenkstinės energijos nustatymo puslaidininkiuose būdas, kuriame tiriamas puslaidininkinis kristalas optiškai kaupinamas impulsiniu lazerinės spinduliuotės pluošteliu, besiskiriantis tuo, kad puslaidininkinį kristalą optiškai kaupina dviem koherentiškais impulsiniais lazerinės spinduliuotės pluošteliais, kuriais vienu metu apšviečia tiriamąjį objektą ir jame užrašo nepusiausvirųjų krūvininkų dinaminę gardelę, šią gardelę zonduoja kitu optiniu pluošteliu, matuoja dinaminės gardelės difrakcinį efektyvumą prie įvairių kaupinimo pluoštelio energijos tankią ir priverstinės spinduliuotės slenkstinę energiją nustato pagal kaupinimo pluoštelio energijos vertę, prie kurios stebimas difrakcinio efektyvumo pilnas įsotinimas.
- 2. Būdas pagal 1 punktą, besiskiriantis tuo, kad matuoja dinaminės gardelės difrakcinio efektyvumo kinetiką prie įvairių kaupinimo pluoštelio energijos tankių ir priverstinės spinduliuotės slenkstinę energiją nustato pagal kaupinimo pluoštelio energijos vertę, prie kurios difrakcinio efektyvumo kinetikoje atsiranda greitoji irimo komponentė su relaksacijos laiku, atkartojančiu žadinančiojo pluoštelio impulso trukmę.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2006018A LT5461B (lt) | 2006-03-15 | 2006-03-15 | Priverstinės spinduliuotės slenkstinės energijos nustatymo puslaidininkiuose būdas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| LT2006018A LT5461B (lt) | 2006-03-15 | 2006-03-15 | Priverstinės spinduliuotės slenkstinės energijos nustatymo puslaidininkiuose būdas |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| LT2006018A LT2006018A (lt) | 2007-09-25 |
| LT5461B true LT5461B (lt) | 2007-12-27 |
Family
ID=38515666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| LT2006018A LT5461B (lt) | 2006-03-15 | 2006-03-15 | Priverstinės spinduliuotės slenkstinės energijos nustatymo puslaidininkiuose būdas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| LT (1) | LT5461B (lt) |
-
2006
- 2006-03-15 LT LT2006018A patent/LT5461B/lt not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ED. B. GIL: "Group IIINitride Semiconductor Compounds", pages: 213 |
| J.SONG ET AL: "Optical properties and lasing in GaN", pages: 200 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| LT2006018A (lt) | 2007-09-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101506101B1 (ko) | 캐리어 수명의 측정 방법 및 측정 장치 | |
| JP3917154B2 (ja) | 半導体試料の欠陥評価方法及び装置 | |
| US8934089B2 (en) | Electroluminescence sample analysis apparatus | |
| Haag et al. | Influence of defect states on the nonlinear optical properties of GaN | |
| Galeckas et al. | Temperature Dependence of the Absorption Coefficient in 4H‐and 6H‐Silicon Carbide at 355 nm Laser Pumping Wavelength | |
| US9075012B2 (en) | Photoluminescence-based quality control for thin film absorber layers of photovoltaic devices | |
| TW200427978A (en) | Detection method and apparatus | |
| US6670820B2 (en) | Method and apparatus for evaluating electroluminescence properties of semiconductor materials and devices | |
| JP4441381B2 (ja) | 表面キャリア再結合速度の測定方法 | |
| Halsall et al. | Photomodulated reflectivity measurement of free-carrier dynamics in InGaN/GaN quantum wells | |
| CN115728250B (zh) | 一种半导体载流子动力学测试仪器及测试方法 | |
| LT5461B (lt) | Priverstinės spinduliuotės slenkstinės energijos nustatymo puslaidininkiuose būdas | |
| Adamo et al. | SNR measurements of silicon photomultipliers in the continuous wave regime | |
| Kawakami et al. | Recombination dynamics in low‐dimensional nitride semiconductors | |
| KR20230110792A (ko) | 펄스 전류에 의해 여기되는 순간 흡수 분광기 | |
| JP2008170257A (ja) | 蛍光寿命測定装置及び成膜装置 | |
| Smith et al. | A picosecond time-resolved photoluminescence microscope with detection at wavelengths greater than 1500 nm | |
| Fellah et al. | Porous Silicon in Solvents: Constant‐Lifetime PL Quenching and Confirmation of Dielectric Effects | |
| Jimenez et al. | Photoluminescence (PL) techniques | |
| RU2789711C1 (ru) | Способ определения эффективного времени жизни неравновесных носителей заряда в p(n) слоях локальных участков кремниевых солнечных элементов n+-p(n)-p+ типа | |
| Chen et al. | Effects of secondary laser illumination during the transient measurement in optical and electrical deep level transient spectroscopy | |
| Wahl | Time-correlated photon counting instrumentation for time-resolved photoluminescence measurement on semiconductor surfaces | |
| Muellerleile | EQE Measurements in Mid-Infrared Superlattice Structures | |
| Chen | Deep Level Defects in Indium Phosphide PIN Diodes | |
| JPH0194247A (ja) | 化合物半導体の混晶比測定法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9A | Lapsed patents |
Effective date: 20120315 |