CN101169370A - 半导体薄膜材料紫外透过率均匀性测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体薄膜材料紫外透过率均匀性测试系统，它用于对半导体薄膜材料透过率均匀性的检测。测试系统由光源、单色仪、光学系统、二维步进扫描装置、信号接收装置、数据处理设备和计算机组成。系统利用紫外波段半导体外延材料的透射率在其吸收边附近极为灵敏的特性，通过对其吸收边附近相应波长时透射率的面分布的测试及分析，可以对材料的均匀性做出定量分析和评价。

Description

半导体薄膜材料紫外透过率均匀性测试系统

技术领域

本发明涉及半导体薄膜材料透过率测试技术，具体是指一种半导体薄膜材料紫外透过率均匀性测试系统，它用于对半导体薄膜材料透过率均匀性的检测和评价。

背景技术

GaN基半导体光子探测器代替真空管进行紫外探测，有其重大的应用背景。同时Al_xGa_1-xN作为GaN基的三元化合物，也是一种优异的宽禁带半导体材料，具有直接带隙、截止波长可调，使之成为制备高性能半导体紫外探测器的优选材料。然而，材料质量是制约GaN基光电器件进一步提高的瓶颈，由于缺少和Al_xGa_1-xN材料相匹配的衬底材料，晶格常数失配所引起的应变和在生长过程中所引入的残余热应变会在界面处形成大量的位错，因此高质量的高Al组分Al_xGa_1-xN外延材料的获得一直是难点。

目前，通过外延生长的高Al材料质量状况仍不理想，材料表面经常可以观察到所谓的“白雾区”，即透射率较低的区域。因此在材料投片前，就必须对材料进行筛选。而对材料的筛选目前主要依靠目测以及透射光谱的测试(如Thermo Nicolet公司的Nexus Model 470/670/870系列及上海棱光公司的Spectrumumlab 54 Power等谱仪)，但是仅能对材料的整片质量状况做出评估，不能对材料的均匀性作出判断。当前相关的文献报道也仅限于利用整片的透射光谱曲线来评估材料的厚度(张进城，郝跃，李培咸等，“基于透射谱的GaN薄膜厚度测量”，物理学报，Vol.53，No.4，April，2004)。综上所述，目前还没有一种解决半导体薄膜材料的紫外透射率均匀性测量的技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种半导体薄膜材料透射率测试的光电检测系统，解决半导体薄膜材料紫外透过率均匀性测量的问题。

如附图1所示，本发明半导体薄膜材料紫外透过率均匀性测试系统由光源1、单色仪2、光学系统3、二维步进扫描装置4、信号接收装置5、信号处理和数据采集设备6和计算机7组成。系统利用半导体薄膜材料(如：GaN基半导体外延薄膜)的透射率在其吸收边附近极为灵敏的特性，通过对其吸收边附近相应波长时透射率的面分布的测试及分析，对材料的均匀性做出评价。

本发明的测试系统中光源1为系统提供测试光源，由于被测材料的不同，光源必须满足在紫外波段可连续输出，故光源1使用氙灯；单色仪2将光源1发出的连续的紫外光变成一特定的测量所需波长的紫外单色光，该紫外单色光从单色仪2的狭缝出射进入光学系统3；光学系统3由两组透镜即前透镜组301、后透镜组302组成，通过调整前透镜组301、后透镜组302的焦距大小来改变系统测量光斑的大小，调整后透镜组302前后距离来保证测量光准确地汇聚在二维步进扫描装置4上的测试样品8的某个区域上；二维步进扫描装置4可以在X\Y两维方向上进行移动，测试样品8安放在步进扫描装置4上，通过二维步进扫描装置4在X/Y方向上的移动扫描来完成对测试样品8整个面积的透过率的测量；信号接收装置5采用硅基单元探测器，为了进一步提高信噪比，对信号接收装置5加一屏蔽盒，仅在光路方向开一个小孔接收透射光信号；信号处理和数据采集设备6对信号进行放大与采集；计算机7为普通个人计算机，用于控制单色仪2、二维步进扫描装置4和信号处理和数据采集设备6的工作，并且对数据进行处理和分析。

本发明利用光路将测试光线聚焦成点光斑对材料进行点区域扫描测量，获得透射率面分布进而用以表征材料的均匀性性质，解决了目前无法测量材料的均匀性的问题。此外，本系统实现了无损伤以及全自动测试，计算机自动生成直观的材料透过率分布三维图像，使用简便。

说明书附图

图1为半导体薄膜材料紫外透过率均匀测试系统的系统组成示意图；

图中：1——光源；

      2——单色仪；

      3——光学系统，301——前透镜组，302——后透镜组；

      4——维步进扫描装置；

      5——信号接收装置；

      6——信号放大与数据采集设备；

      7——计算机；

      8——测试样品。

图2为本实施例的对GaN半导体薄膜外延材料a的透过率测试结果三维立体图；

图中：X、Y轴表示测试样品8的测量位置坐标值；

Z轴表示透射率测量值(相对值)。

图3为本实施例对GaN半导体薄膜外延材料b的透过率测试结果三维立体图；

图中：X、Y轴表示测试样品8的测量位置坐标值；

Z轴是透射率测量值(相对值)。

具体实施方式

下面本文结合说明书附图和具体的实施例对本发明的测试系统各组成部件及测量过程作详细的说明：

根据附图1我们建立了一个半导体薄膜材料紫外透过率均匀性测试系统来对GaN半导体外延薄膜材料的紫外透过率均匀性进行检测，系统各组成部件性能指标详述如下：

1、光源1——采用500W的氙灯，光源在紫外波段(200nm～365nm)连续输出。

2、单色仪2——采用光栅线数1200lp/mm的单色仪，输入狭缝设置成最大口径以提高光源1进入单色仪2的入射能量。

3、光学系统3——前透镜组301采用焦距为50mm的石英透镜，后透镜组302采用焦距500mm的石英透镜。前透镜组301位于出射光狭缝50mm处，出射光经前透镜301后变为平行光，该平行光经后透镜302汇聚在测试样品8上。

4、二维步进扫描装置4——二维步进扫描装置4采用日本骏河精机(SURUGA)生产的二位步进扫描平台，最小步进步距10微米，在扫描平台上安装有相应的样品架，测试样品8安装在该样品架上。

5、信号接收装置5——采用硅基单元探测器，该探测器的响应率在200～365nm范围内可达0.1A/W，为了进一步提高信噪比，对信号接收装置5上加一屏蔽盒，屏蔽盒仅在光路方向开一个小孔接收信号。

6、信号放大与数据采集设备6——信号处理和数据采集设备6中信号放大采用Stanford Research System公司Model SR570低噪声电流放大器，数据采集采用Keithey2000型多功能表，其准确度达0.035％，数据采集的最小取样间隔为0.1s。

7、计算机7——采用普通个人计算机，用于控制单色仪2、二维步进扫描装置4和信号处理和数据采集设备6的工作，并且对数据进行处理和分析。

系统测试过程如下：首先启动测试控制程序，初始化单色仪和步进系统位置，输入单色仪波长参数以及步进控制参数和输出文件的特征码(文件名)后，运行程序扫描测试。单色仪2得到PC机命令，输出所需波长并保持该波长不动，二维步进扫描装置4带动被测材料作步进运动，每次步进停止时，信号放大(Stanford Research System公司Model SR570低噪声电流放大器)和数据采集(Keithey2000 Multimeter，)设备6读取信号接收装置5的信号，并将其存储于计算机机7的数据库中。测试结束后，由计算机机7输出测试如附图2、3所示的三维立体图形，显然附图2中的测试样品的均匀性优于附图3中的测试样品。

Claims (4)

1.一种半导体薄膜材料紫外透过率均匀性测试系统，它由光源(1)、单色仪(2)、光学系统(3)、二维步进扫描装置(4)、信号接收装置(5)、信号处理和数据采集设备(6)和计算机(7)组成；光源(1)发出的连续紫外光经单色仪(2)转换成指定波长的紫外单色光，紫外单色光经光学系统(3)汇聚在二维扫描平台上的测试样品(8)上的某个测试区域上，信号接收装置(5)接收对该区域透过率测量的信号并经信号处理和数据采集设备(6)的数据处理后存入计算机，移动二维步进装置(4)重复上述透过率测量过程，可以得到测试样品(8)各个测量区域的透过率数据，最后由计算机对测量数据进行统计、处理得到测试样品(8)的透过率均匀性测量值。

2.根据权利要求1的一种半导体薄膜材料紫外透过率均匀性测试系统，其特征在于：所说的光源(1)是氙灯。

3.根据权利要求1的一种半导体薄膜材料紫外透过率均匀性测试系统，其特征在于：所说的光学系统(3)由前透镜组(301)和后透镜组(302)组成，系统测量光斑的尺寸可以通过改变前透镜组(301)和后透镜组(302)的焦距大小来进行调整。

4.根据权利要求1的一种半导体薄膜材料紫外透过率均匀性测试系统，其特征在于：所说的信号接收装置(5)是硅基单元探测器，在探测器上加有一屏蔽盒，屏蔽盒仅在光路方向开有一个小孔接收透射光信号。

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