一种测半导体禁带宽度面内各向异性的方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种测半导体禁带宽度面内各向异性的方法、系统及装置，其中，光源发射的光线透过偏振模块形成偏振光，偏振光射在待测半导体上，分光光栅使透射出待测半导体的光线转化为待测半导体的透射光谱，光谱仪测量待测半导体的透射光谱；旋转偏振模块，光谱仪测量待测半导体面内不同偏振角度的透射光谱；根据待测半导体面内不同偏振角度的透射光谱计算待测半导体面内不同偏振角度的禁带宽度。有益效果：通过分析待测半导体透射光谱中因电子从不同价带跃迁至导带具备的不同吸收特性，利用光源、偏振模块、样品座、分光光栅、光谱仪即可测量半导体禁带宽度面内各向异性，其中光源不需要采用激光光源，成本较低。

A method, system and device for measuring the anisotropy of a semiconductor band gap in width

【技术实现步骤摘要】
一种测半导体禁带宽度面内各向异性的方法、系统及装置
本专利技术涉及半导体材料光电
，尤其是涉及一种测半导体禁带宽度面内各向异性的方法、系统及装置。
技术介绍
半导体材料价带能级结构复杂，在应用于光电器件中时，往往因存在从导带到不同深度价带之间的跃迁行为而具有面内各向异性的光学性质。这种光学各向异性可被用于偏振显示、偏振探测等领域。以非极性面ZnO材料为例，位于倒易空间Γ点的价带顶会劈裂为Γ9、Γ7upper、Γ7upper三个子能带。在应力的作用下，占据Γ9和Γ7upper能带的|X±iY>态会分离出类|Y>态，对应着TE模式。占据Γ7upper能带的类|Z>态对应着TM模式。由于TE和TM模式来自导带与不同价带之间的跃迁，其传播方向和光子能量大小均有差异。这会直接影响到基于非极性面ZnO材料制备的紫外偏振LED偏振度。如果通测试手段获取该价带精细结构状态，将有助于器件结构设计。现有测量该面内光学各向异性的手段仅有偏振光致荧光光谱(PL)测试系统。该系统使用激光照射在样品表面，激发出荧光。经过偏振片滤光后再用光谱仪测量荧光光谱。通过转动偏振片，即可分析出电场矢量沿不同方向的荧光成分，得到面内不同方向上的光学性质。但是偏振光致荧光光谱(PL)测试系统需要使用激光光源。而常见的325nm和532nm激光器价格20～30万元人民币不等。而深紫外激光器，如265nm和198nm激光器，价格高达100万元人民币。该系统设备昂贵，价格不菲，使用成本极大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种测半导体禁带宽度面内各向异性的方法、系统及装置，解决现有技术中的上述技术问题。为达到上述技术目的，本专利技术的技术方案提供一种测半导体禁带宽度面内各向异性的方法，包括：S1、光源发射的光线透过偏振模块形成偏振光，偏振光射在待测半导体上，分光光栅使透射出待测半导体的光线转化为待测半导体的透射光谱，光谱仪测量待测半导体的透射光谱；S2、旋转偏振模块一周，改变偏振光的偏振方向，光谱仪测量待测半导体面内不同偏振角度的透射光谱；S3、根据待测半导体面内不同偏振角度的透射光谱计算待测半导体面内不同偏振角度的禁带宽度。本专利技术还提供一种测半导体禁带宽度面内各向异性的系统，包括：单角度测量模块：光源发射的光线透过偏振模块形成偏振光，偏振光射在待测半导体上，分光光栅使透射出待测半导体的光线转化为待测半导体的透射光谱，光谱仪测量待测半导体的透射光谱；旋转测量模块：旋转偏振模块一周，改变偏振光的偏振方向，光谱仪测量待测半导体面内不同偏振角度的透射光谱；禁带宽度计算模块：根据待测半导体面内不同偏振角度的透射光谱计算待测半导体面内不同偏振角度的禁带宽度。本专利技术还提供一种测半导体禁带宽度面内各向异性的装置，包括：光源、偏振模块、样品座、分光光栅、光谱仪；偏振模块、样品座、分光光栅、光谱仪依次设置在光源的出射方向，且光源、偏振模块、样品座、分光光栅、光谱仪的中心处于同一光轴上；样品座的中心设有通孔，样品座用于放置待测半导体，偏振模块将光源发出的光线转化为偏振光；分光光栅将透出待测半导体的光线转化为透射光谱；光谱仪测量分光光栅形成的透射光谱。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：通过分析待测半导体透射光谱中因电子从不同价带跃迁至导带具备的不同吸收特性，利用光源、偏振模块、样品座、分光光栅、光谱仪即可测量半导体禁带宽度面内各向异性，其中光源不需要采用激光光源，成本远远低于偏振光致荧光光谱(PL)测试系统。附图说明图1是本专利技术提供的一种测半导体禁带宽度面内各向异性的方法流程图；图2是本专利技术提供的一种测半导体禁带宽度面内各向异性的装置示意图。附图中：1、光源，2、偏振模块，3、样品座，4、分光光栅，5、光谱仪。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供了一种测半导体禁带宽度面内各向异性的方法，包括：S1、光源1发射的光线透过偏振模块2形成偏振光，偏振光射在待测半导体上，分光光栅4使透射出待测半导体的光线转化为待测半导体的透射光谱，光谱仪5测量待测半导体的透射光谱；S2、旋转偏振模块2一周，改变偏振光的偏振方向，光谱仪5测量待测半导体面内不同偏振角度的透射光谱；S3、根据待测半导体面内不同偏振角度的透射光谱计算待测半导体面内不同偏振角度的禁带宽度。本专利技术所述的测半导体禁带宽度面内各向异性的方法，步骤S2中：偏振模块2每旋转预设角度，光谱仪5测量一次待测半导体的透射光谱。本专利技术所述的测半导体禁带宽度面内各向异性的方法，步骤S2中：光源1、偏振模块2、分光光栅4、光谱仪5的中心处于同一光轴上，绕光轴旋转偏振模块2。本专利技术所述的测半导体禁带宽度面内各向异性的方法，步骤S3中：将待测半导体面内一偏振角度的透射光谱计算一阶微分，微分曲线峰值处的波长对应的光子能量即为待测半导体面内该偏振角度的禁带宽度。本专利技术所述的测半导体禁带宽度面内各向异性的方法与现有技术原理不同。现有的测量该面内光学各向异性的手段为偏振光致荧光光谱(PL)测试系统，其分析的是电子从导带跃迁至不同价带后发射出的荧光中带有的价带结构信息。而本专利技术技术方案分析的是待测半导体透射光谱中因电子从不同价带跃迁至导带具备的不同吸收特性，同样可以达到表征材料面内光学各向异性的作用。本专利技术技术方案基于的原理是从价带到导带之间的吸收跃迁对入射光波长及偏振方向具有选择性。在测量过程中，光源1发出的光在经过偏振模块2后会成为偏振光，位于不同价带的电子对该偏振光同一波长光的吸收系数可能不一样，这导致最后透过待测半导体的透射光谱也有差异。从能量与禁带宽度相等的光开始，由于随着波长的减短，光透过率会急剧下降。因此，我们常用透射谱下降沿(吸收边)来计算半导体材料禁带宽度。本方案中，不同偏振角下，透射谱吸收边即可反应出该方向上，半导体材料的禁带宽度。于是，可通过旋转偏振模块2达到测量面内各方向上的禁带宽度。本专利技术还提供一种测半导体禁带宽度面内各向异性的系统，包括：单角度测量模块：光源1发射的光线透过偏振模块2形成偏振光，偏振光射在待测半导体上，分光光栅4使透射出待测半导体的光线转化为待测半导体的透射光谱，光谱仪5测量待测半导体的透射光谱；旋转测量模块：旋转偏振模块2一周，改变偏振光的偏振方向，光谱仪5测量待测半导体面内不同偏振角度的透射光谱；禁带宽度计算模块：根据待测半导体面内不同偏振角度的透射光谱计算待测半导体面内不同偏振角度的禁带宽度。本专利技术所述的测半导体禁带宽度面内各向异性的系统，旋转测量模块中：偏振模块2每旋转预设角度，光谱仪5测量一次待测半导体的透射光谱。本专利技术所述的测半导体禁带宽度面内各向异性的系统，禁带宽度计算模块中：将待测半导体面内一偏振角度的透射光谱计算一阶微分，微分曲线峰值处的波长对应的光子能量即为待测半导体面内该偏振角度的禁带宽度。本专利技术还提供一种测半导体禁带宽度面内各向异性的装置，包括：光源1、偏振模块2、样品座3、分光光栅4、光谱仪5；偏振模块2、样品座3、分光光栅4、光谱仪5依次设置在光源1的出射方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测半导体禁带宽度面内各向异性的方法，其特征在于，包括：S1、光源发射的光线透过偏振模块形成偏振光，偏振光射在待测半导体上，分光光栅使透射出所述待测半导体的光线转化为待测半导体的透射光谱，光谱仪测量所述待测半导体的透射光谱；S2、旋转所述偏振模块一周，改变偏振光的偏振方向，所述光谱仪测量所述待测半导体面内不同偏振角度的透射光谱；S3、根据所述待测半导体面内不同偏振角度的透射光谱计算所述待测半导体面内不同偏振角度的禁带宽度。

【技术特征摘要】
1.一种测半导体禁带宽度面内各向异性的方法，其特征在于，包括：S1、光源发射的光线透过偏振模块形成偏振光，偏振光射在待测半导体上，分光光栅使透射出所述待测半导体的光线转化为待测半导体的透射光谱，光谱仪测量所述待测半导体的透射光谱；S2、旋转所述偏振模块一周，改变偏振光的偏振方向，所述光谱仪测量所述待测半导体面内不同偏振角度的透射光谱；S3、根据所述待测半导体面内不同偏振角度的透射光谱计算所述待测半导体面内不同偏振角度的禁带宽度。2.如权利要求1所述的测半导体禁带宽度面内各向异性的方法，其特征在于，步骤S2中：所述偏振模块每旋转预设角度，所述光谱仪测量一次所述待测半导体的透射光谱。3.如权利要求1所述的测半导体禁带宽度面内各向异性的方法，其特征在于，步骤S3中：将所述待测半导体面内一偏振角度的透射光谱计算一阶微分，微分曲线峰值处的波长对应的光子能量即为所述待测半导体面内该偏振角度的禁带宽度。4.一种测半导体禁带宽度面内各向异性的系统，其特征在于，包括：单角度测量模块：光源发射的光线透过偏振模块形成偏振光，偏振光射在待测半导体上，分光光栅使透射出所述待测半导体的光线转化为待测半导体的透射光谱，光谱仪测量所述待测半导体的透射光谱；旋转测量模块：旋转所述偏振模块一周，改变偏振光的偏振方向，所述光谱仪测量所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈景文，张骏，王帅，龙瀚凌，梁仁瓅，张毅，戴江南，陈长清，杜士达，张会雪，
申请(专利权)人：华中科技大学鄂州工业技术研究院，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42