外延片光致发光特性的测试方法和测试装置

本发明涉及半导体，尤其涉及一种外延片光致发光特性的测试方法和测试装置。

背景技术：

1、光致发光光谱(photoluminescence,pl)是一种材料受激发后产生的发射光谱。对于半导体材料，价带中的电子受激发后至导带并在价带中产生一个空穴，电子和空穴分别弛豫至导带的激发态和价带顶的激发态，由于载流子在激发态上处于不稳定状态，因此电子和空穴将进一步分别弛豫至导带底和价带顶，最终电子和空穴将发生复合，复合产生的能量以辐射的方式释放并产生一个光子。重新辐射出的光子存在不同的偏振态和能量大小，这些信息包含了材料中晶体结构、材料组分和载流子弛豫过程等信息，因此对半导体的光致发光光谱的研究是揭示材料内部复杂物理过程的反应的一种普遍使用的手段，是一种对材料常用的光学非破坏性表征方法。

2、通常表征半导体材料的光致发光光谱时，需要液氦循环降温台对样品进行降温，以减少热载流子激发、背景噪声和晶格热膨胀对光谱信号的影响。为了验证外延材料在高温环境下的发光强度、发光波长随温度上升的稳定性，需要生长含上下包层以及中心为多层有源区的p-i-n全结构并制备为法珀里-波罗腔(f-pcavity)激光器以测试变温电流-功率-电压(piv)性能，这种方式验证材料的高温性能需要较长的工艺制备周期，不利于外延材料结构的迭代优化，因此需要一种简便直接的方法，通过测试高温pl性能来表征外延材料的高温稳定性，避免在生长测试片的阶段介入复杂的工艺流程。

技术实现思路

1、（一）要解决的技术问题

2、为解决现有技术中外延片光致发光特性的测试中所出现的上述技术问题至少之一，本发明的实施例提供了一种外延片光致发光特性的测试方法和测试装置，可以直接测试温度范围为300-475k内的pl光谱。以测试结果得到的光致发光光谱的峰值强度(peakintensity)的下降程度、峰值波长的红移量(red shift)与光谱的半峰宽(full widthhalf max,fwhm)的展宽量为依据来判断材料在不同温度下的光致发光质量，外延片的高温稳定性越好，峰值强度下降程度越低，波长红移量越小，半峰宽的展宽量不显著，仅通过简单易得的三个物理量即可判断外延材料的质量，避免了复杂的工艺验证。

3、（二）技术方案

4、针对上述技术问题，本发明的实施例提出一种外延片光致发光特性的测试方法和测试装置。

5、根据本发明的第一个方面提供了一种外延片光致发光特性的测试方法，包括以下步骤：加热外延片至预设温度；利用目标激光光束激励外延片产生光信号；用探测器探测并记录光信号；以及基于光信号，判断外延片的光致发光特性。

6、在一些示例性的实施例中，在加热外延片至预设温度之前，还包括：对探测器进行降温，以降低热背景对探测器的探测结果的影响。

7、在一些示例性的实施例中，加热外延片至预设温度包括：将外延片放置于烘板平面上；通过温度调节面板调整烘板的温度至预设温度；以及盖上烘板的保温盖，以使烘板向外延片均匀传导热量。

8、在一些示例性的实施例中，利用目标激光光束激励外延片产生光信号包括：打开激光器的开关，以产生初始激光光束；利用分束器将初始激光光束分为第一激光光束和第二激光光束；第一激光光束通过衰减片输入多模分光器的输入端，并从多模分光器的第一输出端的光纤头输出目标激光光束；第二激光光束输入功率计，以校准初始激光光束的功率的大小；以及将光纤头垂直放置在外延片的表面，以使目标激光光束激励外延片产生光信号。

9、在一些示例性的实施例中，用探测器记录并记录光信号包括：光信号经过光纤头传输至多模分光器，并通过多模分光器的第二输出端传输至探测器。

10、在一些示例性的实施例中，激光器包括氦-氖激光器；和/或分束器包括50:50分束器；和/或多模分光器包括70:30多模分光器；和/或探测器包括砷化镓铟探测器。

11、在一些示例性的实施例中，预设温度为300k-475k。

12、根据本发明的第二个方面提供了一种外延片光致发光特性的测试装置，包括：激光器，用于产生初始激光光束；分束器，用于将初始激光光束分为第一激光光束和第二激光光束；衰减片，用于调节第一激光光束的功率；功率计，用于接收第二激光光束，以校准初始激光光束的功率的大小；多模分光器，包括输入端、第一输出端和第二输出端，其中，经过衰减片调节功率后的第一激光光束通过输入端输入多模分光器并从第一输出端的光纤头输出目标激光光束；烘板，包括烘板平面、温度调节面板和保温盖，其中烘板平面用于放置外延片；温度调节面板用于调节烘板的温度；以及保温盖用于使烘板向外延片均匀传导热量，以保证测试环境的稳定；以及探测器，与第二输出端相连，用于探测并记录外延片产生的光信号。

13、在一些示例性的实施例中，该测试装置还包括：显示器，用于显示探测器探测到的光信号。

14、在一些示例性的实施例中，激光器包括氦-氖激光器；和/或分束器包括50:50分束器；和/或多模分光器包括70:30多模分光器；和/或探测器包括砷化镓铟探测器。

15、（三）有益效果

16、从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供的一种外延片光致发光特性的测试方法和测试装置，至少具有如下有益效果：

17、（1）可以直接测试温度范围为300k-475k的pl光谱，避免了复杂的工艺验证。

18、（2）使用70:30多模分光器，其中，多模分光器70%输入端连接he-ne激光器的输出端，30%输出端连接探测器的输入端，这种连接方式能够减少从外延片的探测端反射的本底632nm泵浦光成分，避免淹没激发信号。

19、（3）测试前对探测器进行降温，以降低热背景对探测器的影响。

技术特征：

1.一种外延片光致发光特性的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，在所述加热外延片至预设温度之前，还包括：

3.根据权利要求1或2所述的测试方法，其特征在于，所述加热外延片至预设温度包括：

4.根据权利要求1或2所述的测试方法，其特征在于，所述利用目标激光光束激励所述外延片产生光信号包括：

5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述用探测器探测并记录所述光信号包括：

6.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，

8.一种外延片光致发光特性的测试装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的测试装置，其特征在于，还包括：

10.根据权利要求8或9所述的测试装置，其特征在于，

技术总结本发明提供了一种外延片光致发光特性的测试方法，可应用于半导体技术领域。该方法包括以下步骤：加热外延片至预设温度；利用目标激光光束激励外延片产生光信号；用探测器探测并记录光信号；以及基于光信号，判断外延片的光致发光特性。通过直接测试光致发光光谱来判断外延片在不同温度下的光致发光质量，避免了复杂的工艺验证。本发明还提供了一种外延片光致发光特性的测试装置。技术研发人员：戴德琰,苏向斌,刘汗青,尚向军,倪海桥,牛智川受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/21