张师平，陈 森，朱少奇，闫 丹，张 炎，吴 平

（北京科技大学 数理学院 物理系，北京 100083）

1 引言

氮化镓不仅是很好的短波光电子材料，也是制备高温半导体及高功率半导体器件的良好材料［1］.目前，氮化镓材料主要用来制造高速微波器件、电荷耦合器件（CCD）、动态存储器（RAM）、大功率LED 和紫外光电探测器等［2］.半导体材料的载流子浓度和迁移率是其器件应用中的基本参量，在器件设计和性能优化等方面起着决定性作用［3］.

目前，广泛采用霍尔效应获得半导体材料的载流子浓度和迁移率，但其对材料形状的要求会破坏样品，同时测量过程繁琐，耗时较长.本文利用红外光谱仪无损测量半导体材料的反射红外光谱，通过拟合计算获得半导体薄膜的厚度、折射率、载流子浓度以及迁移率等重要参量.该方法不用破坏样品，而且具有测试过程简单、耗时少等特点.与大学物理层次的半导体薄膜电学性质的测量研究性实验相结合，可以作为大学物理实验的研究性实验项目.

2 氮化镓薄膜的红外吸收特性

氮化镓半导体晶体中导致红外吸收的主要原因有电子的自由载流子的带-带跃迁、带内跃迁，激子跃迁以及晶格振动跃迁等.图1 为蓝宝石（氧化铝）衬底上生长的N 型氮化镓的反射率-波数实验曲线.其中，600～700cm-1区间为氮化镓半导体的剩余射线区，在该区域两侧反射率迅速变化的区域为半导体光谱特有的吸收边.900～4 000cm-1区间的波动曲线由入射光在薄膜-衬底表面所产生……