[发明专利]双光源激发光致发光检测半导体缺陷的装置及其检测方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料缺陷检测技术，涉及一种双光源激发光致发光检测半导体缺陷的装置及其检测方法。

背景技术

光致发光检测半导体材料内的缺陷主要是利用光能量大于禁带宽度的激发光激发出额外的载流子，通过测量带间的载流子辐射跃迁光谱，通过不同条件下(如光强、温度等)的光谱改变来定性的研究缺陷的能级位置、分布等信息，然而此方法只能检测浅能级缺陷的特性，无法获得深能级缺陷的信息。

为了能够同时检测浅能级缺陷和深能级缺陷的特性，本发明提出了一种双光源激发光致发光检测半导体缺陷的装置及其检测方法。

发明内容

本发明公开了一种双光源激发光致发光检测半导体缺陷的装置，包括：第一激光光源、第二激光光源、半导体样品、分光镜、反射镜、凸透镜、滤光片、单色仪、光电探测器和计算机；所述第一激光光源经过分光片和透镜聚焦照射在检测的样品表面，用于激发半导体样品产生光致发光；所述第二激光光源经过分光片和透镜聚焦照射在检测的样品表面，用于使半导体样品内某一深能级缺陷电子态饱和；光致发光信号通过所述透镜收集后经过所述分光片、反射镜、滤光片后再通过透镜收集至所述单色仪入射狭缝；所述光电探测器用于探测单色仪出光射狭缝光信号；所述光电探测器的输出与所述计算机连接，得到双光源激发样品得到的光致发光光谱，对比仅用所述第一激光光源照射样品与同时用所述短波长与第二激光光源照射样品得到的发光光谱，来确认半导体样品内的深能级缺陷是否是有效的载流子复合中心。

本发明提出的所述双光源激发光致发光检测半导体缺陷的装置中，所述第一激光光源的波长处于为300nm-2000nm范围内，光谱半高宽范围为0.01nm-10nm，且光子能量大于所述半导体样品的禁带宽度。

本发明提出的所述双光源激发光致发光检测半导体缺陷的装置中，所述第二激光光源的波长处于为300nm-2000nm范围内，光谱半高宽范围为0.01nm-10nm，且光子能量可调，光子能量与所述半导体样品内的任一深能级缺陷能级与价带的能量间隔相同。

本发明提出的所述双光源激发光致发光检测半导体缺陷的装置中，所述第一激光光源和第二激光光源可以是两种相同的激光光源仪器但不限于相同，但在使用时发出的激光有波长长短及光子能量高低之分。

本发明提出的所述双光源激发光致发光检测半导体缺陷的装置中，所述第一滤光片仅滤掉所述第一激光光源的激发光源光谱，滤光片类型为限光滤光片，滤光波长范围处于为300nm-2000nm范围内，滤光光谱半宽为0.01nm-10nm。

本发明提出的所述双光源激发光致发光检测半导体缺陷的装置中，所述第二滤光片仅能够滤掉所述第二激光光源的激发光源光谱，滤光片类型为限光滤光片，滤光波长范围处于为300nm-2000nm范围内，滤光光谱半宽为0.01nm-10nm。

本发明提出的所述双光源激发光致发光检测半导体缺陷的装置中，所述光电探测器光谱响应范围覆盖所述半导体样品的光致发光光谱范围。

本发明提出的所述双光源激发光致发光检测半导体缺陷的装置中，所述计算机包括数据采集与数据处理分析软件。

本发明还提出了一种利用所述检测装置的双光源激发光致发光检测半导体缺陷的检测方法，包括如下步骤：

步骤一：利用所述第一激光光源经过分光片至透镜从而聚焦至半导体样品表面，用于激发半导体样品的光致发光；

步骤二：利用所述光电探测器检测所述单色仪出射狭缝出射的仅由所述第一激光光源照射所述半导体样品导致的光致发光光谱；

步骤三：利用所述第二激光光源经过所述分光片至透镜从而聚焦至所述半导体样品表面，与步骤一所述第一激光光源聚焦至所述半导体样品表面的位置相同，用于使所述半导体样品材料内的深能级缺陷电子态饱和；

步骤四：利用所述光电探测器检测所述单色仪出射狭缝出射的由所述第一激光光源和所述第二激光光源同时照射所述半导体样品导致的光致发光光谱；

步骤五：对比步骤三与步骤四测量的光致发光光谱强度，如果步骤四测量的光谱强度大于步骤三测量的光谱强度，说明所述半导体样品内与所述第二激光光源光能量对应的深能级缺陷为有效的载流子复合中心，如果如果步骤四测量的光谱强度等于步骤三测量的光谱强度，说明说明所述半导体样品内与所述第二激光光源光能量对应的深能级缺陷不是有效的载流子复合中心。