[发明专利]一种半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置，其特征在于：其包括光发射系统、光分离收集系统和检测系统；所述光发射系统包括能聚焦至半导体样品表面同一位置的脉冲激光光源和连续激光光源，所述连续激光光源能聚焦至半导体样品表面以使半导体样品的缺陷电子态饱和，所述连续激光光源的光子能量可调且其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，所述脉冲激光光源能聚焦至半导体样品表面以激发所述半导体样品的光致发光；所述光分离收集系统用于分离并收集所述半导体样品的光致发光信号；所述检测系统用于检测所述光分离收集系统收集的光致发光信号的荧光寿命。

2.如权利要求1所述的半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置，其特征在于：所述脉冲激光光源的波长范围为300nm-2000nm，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。

3.如权利要求1所述的半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置，其特征在于：所述连续激光光源的波长范围为300nm-2000nm，光谱半高宽范围为0.01nm-10nm，且光子能量小于所述半导体样品的禁带宽度。

4.如权利要求1所述的半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置，其特征在于：所述光发射系统还包括第一反射镜、激光合束器、分束镜和第一透镜，所述脉冲激光光源依次经过所述激光合束器、分束镜和第一透镜后聚焦至所述半导体样品表面；所述连续激光光源依次经过所述第一反射镜、激光合束器、分束镜和第一透镜后聚焦至所述半导体样品表面，在所述激光合束器的作用下，所述脉冲激光光源与连续激光光源聚焦在所述半导体样品表面的同一位置。

5.如权利要求4所述的半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置，其特征在于：所述光分离收集系统包括所述分束镜和第一透镜及依次设置的第一滤光片、第二滤光片、第二反射镜、第二透镜和单色仪；所述光致发光信号依次经过所述第一透镜、分束镜、第一滤光片、第二滤光片、第二反射镜和第二透镜后进入单色仪的入射狭缝内；所述第一滤光片用于滤掉所述脉冲激光光源的光谱；所述第二滤光片用于滤掉所述连续激光光源的光谱；所述第二透镜用于聚焦收集的光致发光信号至所述单色仪的入射狭缝内；所述单色仪用于扫描波长范围收集的光致发光信号。

6.如权利要求5所述的半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置，其特征在于：所述检测系统包括光电探测器和时间相关单光子探测器，所述光电探测器用于探测所述单色仪的出射狭缝出射的光致发光信号，所述光电探测器的输出和所述时间相关单光子探测器连接，所述时间相关单光子探测器用于检测所述光致发光信号的荧光寿命。

7.如权利要求6所述的半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置，其特征在于：所述装置还包括计算机，所述计算机与所述时间相关单光子探测器相连。

8.如权利要求6所述的半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置，其特征在于：所述装置还包括用于控制所述脉冲激光光源的脉冲激光光源控制电源。

9.如权利要求8所述的半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置，其特征在于：所述脉冲激光光源控制电源能控制激光频率在100Hz-1MHz范围内，时间脉宽在1ps-10s范围内。

10.如权利要求1至9任一项所述的半导体缺陷对荧光寿命影响的检测装置的检测方法，其特征在于：其包括

步骤a)、脉冲激光光源聚焦至半导体样品表面，以激发所述半导体样品的光致发光，形成第一光致发光信号；

步骤b)、光分离收集系统分离收集所述第一光致发光信号，然后检测系统检测所述光分离收集系统收集的所述第一光致发光信号的荧光寿命t₁；

步骤c)、脉冲激光光源和连续激光光源同时聚焦至半导体样品表面的同一位置，以使所述半导体样品的深能级缺陷电子态饱和，同时激发所述半导体样品的光致发光，形成第二光致发光信号；

步骤d)、光分离收集系统分离收集所述第二光致发光信号，然后检测系统检测所述光分离收集系统收集的所述第二光致发光信号的荧光寿命t₂；

步骤e)、对比步骤b)所测的所述荧光寿命t₁和步骤d)所测的所述荧光寿命t₂；如果所述荧光寿命t₂大于所述荧光寿命t₁，则所述半导体样品内与所述连续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，所述荧光寿命t₂与所述荧光寿命t₁之差即为与所述连续激光光源光能量对应的缺陷对荧光寿命的影响。