[发明专利]一种生长薄膜光致发光光谱的原位检测装置及方法

说明书

本发明属于半导体材料制造设备技术领域，公开了一种生长薄膜光致发光光谱的原位检测装置，该装置包括薄膜生长反应室、脉冲激光模块、光学组件、光电开关模块、光谱仪、数据计算单元、工作信号电路；光电开关模块和光谱仪的信号输出端与数据计算单元连接，数据计算单元的输出端与光谱仪和脉冲激光模块连接，用于所述脉冲激光器在对准基片起始位置时开始周期性发光，以及控制所述光谱仪与脉冲激光器同步开始采集光谱，本发明还提供了一种在线实时检测基片光致发光光谱的方法。本发明能准确在线采集基片生长过程中的光致发光光谱，采集效率高，光谱数据准确，可以广泛应用于半导体材料在线检测领域。

技术领域

本发明涉及光学检测设备，尤其涉及一种生长薄膜光致发光光谱的原位检测装置及方法，属于半导体材料制造设备技术领域。。

背景技术

光致发光技术是研究固体中电子状态、电子跃迁过程和电子-晶格相互作用等物理问题的一种常用方法，具有灵敏度高、无样品制备和数据采集简单、对样品的破坏性小等优点。其基本原理是：半导体材料受到光的激发时，电子产生由低能级向高能级的跃迁，产生电子-空穴对，形成非平衡载流子。这种处于激发态的电子在半导体中运动一段时间后，又回复到较低的能量状态，并发生电子-空穴对的复合。非平衡电子可以直接越过禁带与价带空穴复合，也可以在被禁带中的定域态俘获后再与空穴复合。复合可以是辐射复合即发光，或者非辐射的表面复合、俄歇复合和发射多声子的复合。复合过程中，电子-空穴对如果以光的形式释放出多余的能量就称为光致发光。

光致发光光谱是研究材料光学性质及微结构的手段，可以满足生物、医学制药、化学、食品、宝石学和半导体等行业的不同应用。其测量原理是，当短波长的光照射到材料上，处于低能级上的电子在吸收光子的能量后被激发到高能级。而处于高能级上的电子向低能级跃迁并释放出光子，即出现荧光。释放的光子能量由高低能级的能量差决定。因此，通过分析材料的光致发光谱就可以得到材料内部能级的分布情况。一个示例来自半导体光伏行业，通过对半导体材料光致发光谱的分析，可以获得半导体本征性质和与缺陷有关的性质，如测量材料的带隙、发光效率、材料的组分、杂质能级，缺陷类型、薄层厚度（如量子阱厚度）等。

尽管过去十年间相关领域有一些重要的进步，但是现有的测量光致发光的装置通常无法提供复杂异质结构生长环境（基片高速旋转，高温）过程中的实时信息。光致发光信号强度低，为提高检测的灵敏度，必须最大限度降低背景源，同时尽可能提高信号的采集效率。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题为：提供一种结构简单，操作方便，灵敏度高的生长薄膜光致发光光谱的原位检测装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种生长薄膜光致发光光谱的原位检测装置，包括薄膜生长反应室，所述薄膜生长反应室内设置有用于承载基片的石磨盘，所述石磨盘下设置有旋转轴；还包括：脉冲激光模块：包含脉冲激光器及其控制电路，用于发出激光；

光学组件：用于接收脉冲激光器发出的激光，使其入射到基片表面；以及接收经基片表面反射的光，使其入射到光谱仪；

光电开关模块：包括光电开关和挡片，所述挡片设置在旋转轴上，所述光电开关设置在挡片两侧；所述光电开关模块用于在挡片经过光电开关时，产生挡光信号并发送给数据计算单元；

光谱仪：用于接收基片表面反射的光，形成光谱数据并传输给数据计算单元，所述光谱仪光谱采集频率为脉冲激光器开关频率的两倍；

数据计算单元：输入端与光谱仪和光电开关模块电连接，输出端与脉冲激光器和光谱仪电连接；用于接收光电开关模块发送的挡光信号，并根据挡光信号，分别输出信号给所述脉冲激光器和光谱仪，控制所述脉冲激光器在对准基片起始位置时开始周期性发光，以及控制所述光谱仪与脉冲激光器同步开始采集光谱；还用于接收光谱仪传输的光谱数据，并对光谱数据进行识别及处理。