拉普拉司深層能階暫態頻譜量測砷化鎵與砷化鋁鎵

Abstract

在量測半導體材料特性時，深層能階暫態頻譜（DLTS）是個非常重要的量測工具。但是傳統的深層能階暫態頻譜無法有效解析出多個指數型電容暫態曲線的狀況。故我們利用拉普拉司轉換方程分析樣品的熱激發速率，將可以有效的提高傳統DLTS的解析度。 在本論文中，我們應用兩種不同的數值演算方法來解出代求的拉普拉司轉換方程式。其中一個叫做Tikhonov regularization 方法，而另外一個方法為共軛梯度法。我們先將嘗試使用上述數值方法在已知時間常數的RC電路中，藉由模擬RC特性曲線找出已知的時間常數大小來證明該方法是可行的。接下來我們將應用於分析在砷化鋁鎵與砷化鎵中，會產生多個指數型電容暫態曲線的DX缺陷中心。 我們藉由傳統深層能階暫態頻譜量測以上樣品缺陷特性時，都將會獲得一個橫跨很多溫度的深層能階暫態頻譜圖。但是如果由分析熱激發速率出發的拉普拉司深層能階頻譜圖觀察，我們將更容易的分辨出這些相鄰的缺陷訊號。比如在砷化鋁鎵樣品量測中，我們以成功的分辨出相鄰只有50meV DX缺陷中心。最後由比較傳統深層能階暫態頻譜與拉普拉司深層能階頻譜結果，我們可以說利用拉普拉司深層能階頻譜是可以成功的提高傳統深層能階暫態頻譜的解析度。

Conventional Deep Level Transient Spectroscopy has been a valuable tool for the characterization of semiconductor materials. The resolution of the conventional DLTS is not high enough to decompose multiple exponential capacitances transient. We demonstrated that the resolution of DLTS can be improved by adopting the Laplace transform method. In this study two numerical algorithms for inverting the Laplace transform have been employed：the Tikhonov regularization method, and the conjugate gradient method. The Laplace DLTS has been tested by measuring known exponential transients generated by RC circuits and applied to the study of multi-exponential capacitance transients resulting from defects in GaAs and Al0.3Ga0.7As. For these defects, conventional DLTS gives broad featureless lines, whereas Laplace DLTS reveals a fine structure in the emission spectra. By Laplace DLTS we found two DX centers in Al0.3Ga0.7As. After comparing Laplace DLTS with conventional DLTS, we proved that the resolution of DLTS can be improved.