[发明专利]一种半导体材料特性的测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种半导体材料特性的测量装置，其特征在于：包括：用于产生激发光的激发光 光源(1)；用于产生探测光的探测光光源(2)，用于微弱信号检测的锁相放大器(3)； 用于控制系统自动运行及数据处理的计算机(4)，电控精密位移台(5)用于调节激发 光光源(1)与探测光光源(2)之间的相对位置；位于激发光源(1)之后用于调制所产 生的激发光的强度的激发光调制系统(6)，用于呈放待测半导体材料的样品台(7)、 辐射光收集系统(8)、用于探测光载流子辐射信号的辐射光探测器(9)、以及用于探 测自由载流子吸收信号的载流子吸收信号探测器(10)和用于调制光反射信号的调制光 反射信号探测器(11)；其中辐射光探测器(9)，载流子吸收信号探测器(10)，调制光 反射信号探测器(11)的输出端与锁相放大器(3)的信号输入端相连；激发光调制系统(6) 的同步参考信号输出端与锁相放大器(3)的参考信号输入端相连；激发光调制系统(6)的 信号产生端口与激发光光源(1)的调制输入端口相连；计算机(4)与锁相放大器(3)、 电控精密位移台(5)、激发光调制系统(6)通过通讯端口连接；

激发光光源(1)发出激发光经激发光调制系统(6)调制后产生周期性调制激发光 并照射在样品表面产生辐射光，经辐射光收集系统(8)收集后由辐射光探测器(9)探 测并经锁相放大器(3)解调产生光载流子辐射信号由计算机(4)记录并处理；探测光 光源(2)发出的探测光经样品表面激发光照射区域并透射到后表面，由载流子吸收信号 探测器(10)探测，经锁相放大器(3)解调产生自由载流子吸收信号由计算机(4)记 录并处理；探测光光源(2)发出的探测光经样品表面反射，其反射光由调制光反射信号 探测器(11)探测，经锁相放大器(3)解调产生调制光反射信号由计算机(4)记录并 处理。

2.根据权利要求1所述的一种半导体材料特性的测量装置，其特征在于：所述的激 发光光源(1)采用连续半导体激光器或二极管泵浦的固体激光器或气体激光器作为光源， 其光子能量需大于被测半导体的本征禁带宽度；激发光光源(1)发出的激发光强度须被 激发光调制系统(6)周期性地调制，产生调制激发光。

3.根据权利要求2所述的一种半导体材料特性的测量装置，，其特征在于：所述的 激发光光源(1)发出的激发光强度通过调制半导体激光器的驱动电流或电压，或采用声 光调制器、或电光调制器、或机械斩波器方式调制连续激光束来实现。

4.根据权利要求1所述的一种半导体材料特性的测量装置，其特征在于：所述的探 测光光源(2)采用低功率的连续半导体激光器或二极管泵浦的固体激光器或气体激光器 作为光源，或者为单波长激光器或可调谐波长激光器。

5.根据权利要求1所述的一种半导体材料特性的测量装置，其特征在于：所述的由 激发光光源(1)和探测光光源(2)发出的激光分别采用不同的透镜聚焦或者采用同一 消色散透镜或显微物镜聚焦到待测掺杂半导体表面或者不聚焦；激发光和探测光垂直入 射或斜入射到样品表面；激发光和探测光在样品表面重合或相距在载流子扩散长度的范 围之内。

6.根据权利要求1所述的一种半导体材料特性的测量装置，其特征在于：所述的辐 射光探测器(9)、载流子吸收信号探测器(10)、调制光反射信号探测器(11)均采用 光电二极管探测器或光电倍增管探测器。

7.根据权利要求1所述的一种半导体材料特性的测量装置，其特征在于：所述的辐 射光探测器(9)前加有滤光镜完全滤除激发光杂散光和探测光，并使载流子复合产生的 辐射光有透光率；所述的载流子吸收信号探测器(10)和调制光反射信号探测器(11) 前加有探测光波长窄带滤光镜完全滤除载流子复合产生的辐射光和激发光杂散光，并对 探测光有透光率。

8.根据权利要求1所述的一种半导体材料特性的测量装置，其特征在于：所述的辐 射光收集系统(8)通过一对离轴抛物面镜或反射物镜来实现。