[發明專利]雙光源激發光致發光檢測半導體缺陷的裝置及其檢測方法

有效

• 申請號: 201710150530.8
• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN107091822B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 胡小波;陳少強;翁國恩
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: G01N21/63
• 分類號: G01N21/63
• 代理公司: 上海麥其知識產權代理事務所(普通合伙) 31257
• 代理人: 董紅曼

技術領域

本發明屬于半導體材料缺陷檢測技術，涉及一種雙光源激發光致發光檢測半導體缺陷的裝置及其檢測方法。

背景技術

光致發光檢測半導體材料內的缺陷主要是利用光能量大于禁帶寬度的激發光激發出額外的載流子，通過測量帶間的載流子輻射躍遷光譜，通過不同條件下(如光強、溫度等)的光譜改變來定性的研究缺陷的能級位置、分布等信息，然而此方法只能檢測淺能級缺陷的特性，無法獲得深能級缺陷的信息。

為了能夠同時檢測淺能級缺陷和深能級缺陷的特性，本發明提出了一種雙光源激發光致發光檢測半導體缺陷的裝置及其檢測方法。

發明內容

本發明公開了一種雙光源激發光致發光檢測半導體缺陷的裝置，包括：第一激光光源、第二激光光源、半導體樣品、分光鏡、反射鏡、凸透鏡、濾光片、單色儀、光電探測器和計算機；所述第一激光光源經過分光片和透鏡聚焦照射在檢測的樣品表面，用于激發半導體樣品產生光致發光；所述第二激光光源經過分光片和透鏡聚焦照射在檢測的樣品表面，用于使半導體樣品內某一深能級缺陷電子態飽和；光致發光信號通過所述透鏡收集后經過所述分光片、反射鏡、濾光片后再通過透鏡收集至所述單色儀入射狹縫；所述光電探測器用于探測單色儀出光射狹縫光信號；所述光電探測器的輸出與所述計算機連接，得到雙光源激發樣品得到的光致發光光譜，對比僅用所述第一激光光源照射樣品與同時用所述短波長與第二激光光源照射樣品得到的發光光譜，來確認半導體樣品內的深能級缺陷是否是有效的載流子復合中心。

本發明提出的所述雙光源激發光致發光檢測半導體缺陷的裝置中，所述第一激光光源的波長處于為300nm-2000nm范圍內，光譜半高寬范圍為0.01nm-10nm，且光子能量大于所述半導體樣品的禁帶寬度。

本發明提出的所述雙光源激發光致發光檢測半導體缺陷的裝置中，所述第二激光光源的波長處于為300nm-2000nm范圍內，光譜半高寬范圍為0.01nm-10nm，且光子能量可調，光子能量與所述半導體樣品內的任一深能級缺陷能級與價帶的能量間隔相同。

本發明提出的所述雙光源激發光致發光檢測半導體缺陷的裝置中，所述第一激光光源和第二激光光源可以是兩種相同的激光光源儀器但不限于相同，但在使用時發出的激光有波長長短及光子能量高低之分。

本發明提出的所述雙光源激發光致發光檢測半導體缺陷的裝置中，所述第一濾光片僅濾掉所述第一激光光源的激發光源光譜，濾光片類型為限光濾光片，濾光波長范圍處于為300nm-2000nm范圍內，濾光光譜半寬為0.01nm-10nm。

本發明提出的所述雙光源激發光致發光檢測半導體缺陷的裝置中，所述第二濾光片僅能夠濾掉所述第二激光光源的激發光源光譜，濾光片類型為限光濾光片，濾光波長范圍處于為300nm-2000nm范圍內，濾光光譜半寬為0.01nm-10nm。

本發明提出的所述雙光源激發光致發光檢測半導體缺陷的裝置中，所述光電探測器光譜響應范圍覆蓋所述半導體樣品的光致發光光譜范圍。

本發明提出的所述雙光源激發光致發光檢測半導體缺陷的裝置中，所述計算機包括數據采集與數據處理分析軟件。

本發明還提出了一種利用所述檢測裝置的雙光源激發光致發光檢測半導體缺陷的檢測方法，包括如下步驟：

步驟一：利用所述第一激光光源經過分光片至透鏡從而聚焦至半導體樣品表面，用于激發半導體樣品的光致發光；

步驟二：利用所述光電探測器檢測所述單色儀出射狹縫出射的僅由所述第一激光光源照射所述半導體樣品導致的光致發光光譜；

步驟三：利用所述第二激光光源經過所述分光片至透鏡從而聚焦至所述半導體樣品表面，與步驟一所述第一激光光源聚焦至所述半導體樣品表面的位置相同，用于使所述半導體樣品材料內的深能級缺陷電子態飽和；

步驟四：利用所述光電探測器檢測所述單色儀出射狹縫出射的由所述第一激光光源和所述第二激光光源同時照射所述半導體樣品導致的光致發光光譜；

步驟五：對比步驟三與步驟四測量的光致發光光譜強度，如果步驟四測量的光譜強度大于步驟三測量的光譜強度，說明所述半導體樣品內與所述第二激光光源光能量對應的深能級缺陷為有效的載流子復合中心，如果如果步驟四測量的光譜強度等于步驟三測量的光譜強度，說明說明所述半導體樣品內與所述第二激光光源光能量對應的深能級缺陷不是有效的載流子復合中心。