[發明專利]檢測半導體晶體或外延薄膜材料極性的方法及檢測系統

有效

• 申請號: 200910079885.8
• 申請日: 2009-03-13
• 公開（公告）號: CN101614685A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發明（設計）人: 王新強;沈波;張琦;賀小偉;許福軍;尹春明;楊志堅;張國義
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01N23/227
• 分類號: G01N23/227
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司
• 代理人: 胡小永

技術領域

本發明涉及半導體領域，特別是涉及一種檢測半導體晶體或外延 薄膜材料極性的方法及檢測系統。

背景技術

近幾十年來，基于III-V族、II-VI族化合物半導體材料上的光電 器件得到了非常廣泛的應用并創造了巨大的經濟效益。作為光電器件 的基礎，高質量III-V族、II-VI族化合物半導體材料的生長及其物理 性質的研究尤為重要。對于上述的半導體材料而言，由于非中心對稱 結構而產生的極性、或者說是極化效應對半導體的性質，尤其是其外 延薄膜和量子結構的光電性質具有強烈的影響。比如，III族氮化物 寬禁帶半導體的極性對于材料的光學和電學性質都有著至關重要的 影響，GaN基異質結的極化效應可以導致強度高達兆伏/厘米量級的 內建電場和密度達到10¹³cm^-2的極化電荷，大大提高了異質結二維電 子氣(2DEG)的密度，可以被用來研制高功率微波功率器件等新一 代電子器件。更為重要的是，不同極性的外延薄膜具有不同的生長行 為和性質。還是以GaN為例，實驗上發現與N極性GaN相比，Ga 極性的GaN不但表面平坦，半導體晶體質量更好，而且更容易實現p 型摻雜。同樣極性對于其他的III-V族和II-VI族化合物半導體如 GaAs、ZnO、ZnSe、ZnS等也具有重要的影響。

鑒于極性對材料光電性質至關重要的影響，如何判斷半導體晶體 或者外延材料的極性就顯得非常重要。目前，判斷半導體晶體極性的 方法共有如下幾種：X光光電子譜、共軸離子散射，匯聚束電子衍射， 化學腐蝕等。其中最常用的是匯聚束電子衍射和化學腐蝕的方法，前 者需要和透射電子顯微鏡同時進行測量，不但儀器昂貴、制樣和儀器 操作困難、對樣品具有破壞性，而且不能進行大面積的判斷。化學腐 蝕的方法雖然相對簡單，但是準確性差，對樣品也具有破壞性。X光 光電子譜和共軸離子散射這兩種方法雖然對樣品不具有破壞性，但是 測試需要超高真空系統，對樣品表面的清潔度要求苛刻，另外結果需 要和理論計算的結果相模擬，工作量很大且精確度不高。因此，目前 急需一種有效、無損傷、價廉和易操作的判斷半導體晶體和外延薄膜 極性的方法。

發明內容

本發明的目的是提供—種操作簡單快捷、檢測精確度高、制樣簡 單，且測試系統價格低廉的通過圓偏振自旋光電效應檢測半導體晶體 或外延薄膜極性的方法及檢測系統。

為達到上述目的，一方面，本發明的技術方案提供一種檢測半導 體晶體或外延薄膜材料極性的方法，所述方法包括以下步驟：利用圓 偏振光輻照待測的半導體晶體或外延薄膜材料，并檢測所產生的無偏 壓電流的電流方向；根據所述無偏壓電流的電流方向，判斷所述待測 的半導體晶體或外延薄膜材料的極性。

其中，半導體晶體為具有極性或者不對稱性的半導體晶體。

其中，所述的半導體晶體為III-V族化合物半導體或II-VI族化合 物半導體。

其中，所述外延薄膜為具有極性的外延薄膜及其量子結構。

其中，所述外延薄膜為GaN、AlN、InN外延薄膜、ZnO、ZnS、 ZnSe外延薄膜或GaN基異質結構。

另一方面，本發明的技術方案提供一種檢測半導體晶體或外延薄 膜材料極性的檢測系統，所述系統包括：激光光源，用于發射線偏振 光；1/4波片，位于所述激光光源下方，可旋轉用于改變光的螺旋度， 產生圓偏振光；放大電路，待測的半導體晶體或外延薄膜材料表面做 兩個歐姆接觸的電極，并引線與所述放大電路相連；鎖相放大器，與 所述放大電路連接。

上述技術方案具有如下優點：本發明的測試系統可在常溫常壓下 工作，檢測精確度高、制樣簡單快捷、檢測速度快，對測試樣品具有 無損性，而且對測試人員的要求很低，操作非常容易，每個樣品的測 試時間僅為10分鐘左右，更為重要的是整套測試系統價格低廉，可 以大大降低測試成本。

附圖說明

圖1是本發明實施例的一種不同自旋取向導致的圓偏振自旋光電 效應帶內激發示意圖；

圖2是本發明實施例中利用圓偏振自旋光電流效應判斷極性的測 試系統示意圖；

圖3是本發明實施例中的In極性InN的樣品結構示意圖；

圖4是本發明實施例中的N極性InN的樣品結構示意圖；

圖5是本發明實施例中利用圓偏振自旋光電流效應判斷InN極性 的示意圖。