[發(fā)明專利]一種測(cè)量直接帶隙半導(dǎo)體材料禁帶寬度的裝置和方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210461734.0
• 申請(qǐng)日: 2012-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN102937585A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉宗順;趙德剛;陳平;江德生
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類號(hào): G01N21/64
• 分類號(hào): G01N21/64
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 任巖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料光電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種測(cè)量直接帶隙半導(dǎo)體材料禁帶寬度的裝置和方法。

背景技術(shù)

測(cè)量半導(dǎo)體材料禁帶寬度有許多種方法[1]，如光吸收系數(shù)法，光電導(dǎo)法，熒光光譜法，晶體管電參數(shù)測(cè)量法，光生伏特效應(yīng)法和光致發(fā)光激發(fā)譜[2]等。

光吸收系數(shù)法、光電導(dǎo)法、光致發(fā)光激發(fā)譜法等測(cè)量直接帶隙材料的禁帶寬度，易受到激子吸收或激子發(fā)射、本征帶與淺雜質(zhì)之間的吸收或輻射復(fù)合等因素影響，給精確測(cè)量禁帶寬度帶來困難。由于激子吸收或激子發(fā)射、本征帶與淺雜質(zhì)之間的吸收或輻射復(fù)合的能量位置非常靠近禁帶能量位置，在室溫下很難直接確定它們的精確位置，需要根據(jù)它們?cè)诓煌蜏厍闆r下的情況加以區(qū)別定位，因此，光吸收系數(shù)法、光電導(dǎo)法、光致發(fā)光激發(fā)譜法等測(cè)量直接帶隙材料的禁帶寬度方法，很難有效避免激子吸收或激子發(fā)射、本征帶與淺雜質(zhì)之間的吸收或輻射復(fù)合等因素對(duì)測(cè)試禁帶寬度精度的影響；此外在測(cè)量過程中需要進(jìn)行光譜響應(yīng)修正或光致發(fā)光激發(fā)譜歸一化，測(cè)量比較復(fù)雜繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)間題

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種測(cè)量直接帶隙半導(dǎo)體材料禁帶寬度的裝置和方法，以有效避免激子吸收或激子發(fā)射、本征帶與淺雜質(zhì)之間的吸收或輻射復(fù)合等因素對(duì)測(cè)試禁帶寬度精度的影響，以及簡(jiǎn)化測(cè)量程序。

(二)技術(shù)方案

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種測(cè)量直接帶隙半導(dǎo)體材料禁帶寬度的裝置，包括：

一光源1，用于提供光束，激發(fā)待測(cè)樣品3的肖特基勢(shì)壘區(qū)域，使待測(cè)樣品3發(fā)出光熒光；

一第一透鏡2，位于待測(cè)樣品3前，匯聚光源1發(fā)出的光束到待測(cè)樣品3的肖特基勢(shì)壘區(qū)域內(nèi)；

一待測(cè)樣品3，放置在樣品臺(tái)上，該待測(cè)樣品3的肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面與入射的光束成一定角度，使該待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面發(fā)出的光熒光進(jìn)入第二透鏡5和單色儀6，且該待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面反射的光束不進(jìn)入第二透鏡5和單色儀6；

一源表4，與待測(cè)樣品3連接，用于向待測(cè)樣品3提供反向偏置電壓；

一第二透鏡5，放置在垂直于待測(cè)樣品3的肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面方向的前方，匯聚待測(cè)樣品3發(fā)出的光熒光，入射到其后的單色儀6入射狹縫里；

一單色儀6，用于接收待測(cè)樣品3的肖特基勢(shì)壘區(qū)域發(fā)出的光熒光，對(duì)光熒光進(jìn)行波長(zhǎng)進(jìn)行掃描，出射光入射到其后的探測(cè)器組件7的接受區(qū)；

一探測(cè)器組件7，用于測(cè)量待測(cè)樣品3發(fā)出的光熒光經(jīng)單色儀6選定波長(zhǎng)下的光強(qiáng)度；

一計(jì)算機(jī)8，用于控制源表4、單色儀6和探測(cè)器組件7，實(shí)現(xiàn)源表4對(duì)待測(cè)樣品3的不同反向偏置電壓的設(shè)定，通過控制單色儀6和探測(cè)器組件7獲取待測(cè)樣品3在反向偏壓下的光熒光光譜強(qiáng)度分布數(shù)據(jù)，得到待測(cè)樣品3在不同反向偏置電壓下肖特基勢(shì)壘區(qū)域的光熒光光譜強(qiáng)度分布。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用所述裝置測(cè)量直接帶隙半導(dǎo)體材料的禁帶寬度的方法，包括：

步驟1：光源發(fā)出的光束由第一透鏡聚焦到待測(cè)樣品的肖特基勢(shì)壘區(qū)域上，入射到肖特基區(qū)域時(shí)的光斑面積小于肖特基勢(shì)壘區(qū)域的面積；

步驟2：調(diào)整待測(cè)樣品及樣品臺(tái)，肖特基勢(shì)壘區(qū)域表面與入射光束成一定角度，使待測(cè)樣品表面反射的光束不進(jìn)入第二透鏡和單色儀；

步驟3：源表與待測(cè)樣品連接，向待測(cè)樣品提供反向偏置電壓；

步驟4：第二透鏡放置在垂直于待測(cè)樣品的表面方向的前方，匯聚待測(cè)樣品發(fā)出的光熒光，入射到其后的單色儀的入射狹縫；

步驟5：?jiǎn)紊珒x接收待測(cè)樣品發(fā)出的光熒光，對(duì)光熒光進(jìn)行波長(zhǎng)掃描，單色儀的出射光入射到其后的探測(cè)器接受區(qū)；

步驟6：探測(cè)器組件對(duì)單色儀的出射光進(jìn)行測(cè)量，得到待測(cè)樣品在設(shè)定反向偏壓下的光熒光經(jīng)單色儀選定波長(zhǎng)下的光強(qiáng)度；

步驟7：計(jì)算機(jī)控制源表、單色儀和探測(cè)器組件，測(cè)量待測(cè)樣品在設(shè)定反向偏置電壓下光熒光的光譜特性，得到直接帶隙半導(dǎo)體材料的禁帶寬度。

(三)有益效果

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果：