[发明专利]一种测量直接带隙半导体材料禁带宽度的装置和方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料光电技术领域，尤其涉及一种测量直接带隙半导体材料禁带宽度的装置和方法。

背景技术

测量半导体材料禁带宽度有许多种方法[1]，如光吸收系数法，光电导法，荧光光谱法，晶体管电参数测量法，光生伏特效应法和光致发光激发谱[2]等。

光吸收系数法、光电导法、光致发光激发谱法等测量直接带隙材料的禁带宽度，易受到激子吸收或激子发射、本征带与浅杂质之间的吸收或辐射复合等因素影响，给精确测量禁带宽度带来困难。由于激子吸收或激子发射、本征带与浅杂质之间的吸收或辐射复合的能量位置非常靠近禁带能量位置，在室温下很难直接确定它们的精确位置，需要根据它们在不同低温情况下的情况加以区别定位，因此，光吸收系数法、光电导法、光致发光激发谱法等测量直接带隙材料的禁带宽度方法，很难有效避免激子吸收或激子发射、本征带与浅杂质之间的吸收或辐射复合等因素对测试禁带宽度精度的影响；此外在测量过程中需要进行光谱响应修正或光致发光激发谱归一化，测量比较复杂繁琐。

发明内容

(一)要解决的技术间题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种测量直接带隙半导体材料禁带宽度的装置和方法，以有效避免激子吸收或激子发射、本征带与浅杂质之间的吸收或辐射复合等因素对测试禁带宽度精度的影响，以及简化测量程序。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种测量直接带隙半导体材料禁带宽度的装置，包括：

一光源1，用于提供光束，激发待测样品3的肖特基势垒区域，使待测样品3发出光荧光；

一第一透镜2，位于待测样品3前，汇聚光源1发出的光束到待测样品3的肖特基势垒区域内；

一待测样品3，放置在样品台上，该待测样品3的肖特基势垒区域表面与入射的光束成一定角度，使该待测样品的肖特基势垒区域表面发出的光荧光进入第二透镜5和单色仪6，且该待测样品的肖特基势垒区域表面反射的光束不进入第二透镜5和单色仪6；

一源表4，与待测样品3连接，用于向待测样品3提供反向偏置电压；

一第二透镜5，放置在垂直于待测样品3的肖特基势垒区域表面方向的前方，汇聚待测样品3发出的光荧光，入射到其后的单色仪6入射狭缝里；

一单色仪6，用于接收待测样品3的肖特基势垒区域发出的光荧光，对光荧光进行波长进行扫描，出射光入射到其后的探测器组件7的接受区；

一探测器组件7，用于测量待测样品3发出的光荧光经单色仪6选定波长下的光强度；

一计算机8，用于控制源表4、单色仪6和探测器组件7，实现源表4对待测样品3的不同反向偏置电压的设定，通过控制单色仪6和探测器组件7获取待测样品3在反向偏压下的光荧光光谱强度分布数据，得到待测样品3在不同反向偏置电压下肖特基势垒区域的光荧光光谱强度分布。

为达到上述目的，本发明提供了一种应用所述装置测量直接带隙半导体材料的禁带宽度的方法，包括：

步骤1：光源发出的光束由第一透镜聚焦到待测样品的肖特基势垒区域上，入射到肖特基区域时的光斑面积小于肖特基势垒区域的面积；

步骤2：调整待测样品及样品台，肖特基势垒区域表面与入射光束成一定角度，使待测样品表面反射的光束不进入第二透镜和单色仪；

步骤3：源表与待测样品连接，向待测样品提供反向偏置电压；

步骤4：第二透镜放置在垂直于待测样品的表面方向的前方，汇聚待测样品发出的光荧光，入射到其后的单色仪的入射狭缝；

步骤5：单色仪接收待测样品发出的光荧光，对光荧光进行波长扫描，单色仪的出射光入射到其后的探测器接受区；

步骤6：探测器组件对单色仪的出射光进行测量，得到待测样品在设定反向偏压下的光荧光经单色仪选定波长下的光强度；

步骤7：计算机控制源表、单色仪和探测器组件，测量待测样品在设定反向偏置电压下光荧光的光谱特性，得到直接带隙半导体材料的禁带宽度。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：