CN117169174A - 一种光致发光成像与光谱测量的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种光致发光成像与光谱测量的装置与方法，包括：位于放置待测半导体材料的载台的正上方的成像单元；设置在成像单元一侧的小孔单元，小孔单元的光路与成像单元的光路相互连通；可调谐光源单元与小孔单元光路连接，用于产生至少两种不同波长的光，对待测半导体材料进行光致激发，或者接收待测半导体材料反射的光；第一位移单元设置在成像单元的径向方向，用于调节所述小孔单元与成像单元的间距；第二位移单元设置在载台远离成像单元的一端，用于调节载台与成像单元的间距；其中，待测半导体材料表面反射的光还进入成像单元中实现成像探测。

Description

一种光致发光成像与光谱测量的装置与方法

技术领域

本发明涉及半导体晶圆检测技术领域，尤其涉及一种光致发光成像与光谱测量的装置与方法。

背景技术

光致发光Photoluminescence，简称PL，是一种冷发光现象，是指物体依赖外界光源进行照射，通过吸收光子从而获得能量，产生激发重新辐射出光子导致发光的过程，它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段，光的吸收及发射都发生能级之间的跃迁。光致发光可根据延迟时间分为荧光和磷光。光致发光可应用于带隙检测、杂质和缺陷检测以及材料品质鉴定等领域。

采用光致发光进行半导体晶圆的检测，只能实现较低分辨率的探测。对于研究半导体内部的结构特性，材料缺陷等，需要进行原位的光致发光激发，以及探测，提高成像探测分辨率。当前普遍采用的是基于探针的光纤探针的光致发光检测技术，只能进行小区域的探测，测量区域的大小无法实现精确控制，而且无法有效判断探针与被测样品之间的物理距离。因此，提供一种具有更高分辨率的、能够调节激励光的焦距的光谱共聚焦的光致发光成像测量装置与方法，是非常必要的。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种激发与探测区域可根据需要进行变化和调节的、光致发光成像测量装置与方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种光致发光成像与光谱测量的装置，包括：

成像单元，位于放置待测半导体材料的载台的正上方，且正对待测半导体的表面设置；

小孔单元，设置在成像单元的一侧，小孔单元的光路与成像单元的光路相互连通且正交设置；

可调谐光源单元，与小孔单元光路连接，用于产生至少两种不同波长的光，对待测半导体材料进行光致激发，或者接收待测半导体材料反射的光；

第一位移单元，设置在成像单元的径向方向，用于调节所述小孔单元与成像单元的间距；

第二位移单元，设置在载台远离成像单元的一端，用于调节载台与成像单元的间距；

其中，待测半导体材料表面反射的光还进入成像单元中实现成像探测。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述成像单元包括第一筒体、第一管镜、第二管镜、分光棱镜、物镜和相机；第一筒体包括相互连通的第一端、第二端和第三端，第一端和第二端正对且间隔设置，第三端位于第一端和第二端的中心轴的径向方向的一侧；第一管镜固定设置在第一端，物镜固定设置在第二端，第二管镜固定设置在第三端，相机设置在第一端的第一筒体外侧；分光棱镜设置在第一筒体内，用于将可调谐光源单元发出的光反射至待测半导体材料表面，并将待测半导体材料反射的光经第三端返回可调谐光源单元，或者将待测半导体材料反射的光经分光棱镜透射后送入相机中；小孔单元设置在第三端的第一筒体外侧。

优选的，所述小孔单元包括第二筒体，第二筒体的中心轴处设置有贯穿的通孔，第二筒体的中心轴与可调谐光源单元的焦点共线设置。

优选的，所述可调谐光源单元包括可调光源、光谱分析仪和光纤耦合器件；光纤耦合器件包括第一连接部、第二连接部和第三连接部，第一连接部与可调光源的输出端光路连接，第二连接部与光谱分析仪的输入端光路连接，第三连接部正对小孔单元的通孔设置，且光纤耦合器件的第三连接部的焦点与物镜的测量焦点共轭设置。

优选的，所述光纤耦合器件为限定光单向通过的光纤耦合器。

优选的，还包括滤光片，滤光片设置在相机的镜头处或者光谱分析仪的输入端处。

优选的，所述第一位移单元或者第二位移单元为直线驱动机构；小孔单元固定设置在第一位移单元的活动端上，第一位移单元用于维持小孔单元的当前位置或者沿着第二管镜的中心轴方向直线移动小孔单元；载台固定设置在第二位移单元的活动端上，第二位移单元用于维持载台的当前位置或者沿着物镜的中心轴方向直线移动载台。

优选的，所述分光棱镜的表面设置有膜层，膜层将可调谐光源单元发出的光或者待测半导体材料反射的光分解后分别进行反射和透射；膜层位于第二管镜和物镜的光轴的交点处。

另一方面，本发明提供了一种光致发光成像与光谱测量的方法，包括如下步骤：

S1：配置上述的光致发光成像与光谱测量的装置；

S2：成像对焦测距模式：将小孔单元置于光纤耦合器件的第三连接部前方，确保光纤耦合器件的第三连接部的端面与物镜的测量焦点共轭；可调光源产生第一波长的光，第一波长的光依次通过小孔单元和第二管镜，然后对焦在物镜的物方焦点上，当被测半导体材料偏离物镜的物方焦点时，第一波长的光会在被测半导体材料表面形成一个弥散斑，弥散斑经过分光棱镜的反射，再次经过第二管镜和小孔单元，由光纤耦合器件的第三连接部送入光谱分析仪的输入端，光谱仪输出弥散斑对应的光谱；当载台带动被测半导体材料移动时，光谱仪测量到的弥散斑的强度会发生变化，当光谱仪测量到弥散斑的能量最大时，表示被测半导体材料位于物镜的焦平面上，此时弥散斑汇聚到最小点；弥散斑的大小通过相机拍照捕捉确定；

S3：区域光致发光激发与探测：确定被测半导体材料位于物镜的焦平面上后，控制可调光源产生第二波长的光，第二波长小于被测半导体材料的禁带宽度对应的波长；第一位移单元调节小孔单元的位置，使小孔单元偏离光纤耦合器件的第三连接部的端面与物镜的测量焦点的共轭位置，可调光源发出的光依次经过光纤耦合器件的第三连接部、小孔单元、第二管镜和分光棱镜后，在物镜的焦平面形成一个光斑，该光斑用于对被测半导体材料的对应区域进行光致激发，根据相机的成像结果判断被测半导体材料的好坏，即单次测量一个区域的光致激发效果；对该区域的若干个被测半导体材料的晶粒进行同时探测；

S4：原位光致发光激发与探测：在步骤S3的基础上，再次使小孔单元回到光纤耦合器件的第三连接部的端面与物镜的测量焦点的共轭位置，此时小孔单元的通孔的直径与成像单元的放大倍率之比即为落在被测半导体材料表面的光斑大小，由相机根据原位光致发光的成像结果判断被测半导体材料的单个晶粒的局部区域的好坏。

优选的，所述第一波长大于第二波长。

本发明提供的一种光致发光成像与光谱测量的装置与方法，相对于现有技术，具有以下有益效果：

（1）本申请通过采用共聚焦方式实现原位光致发光探测，能够根据需要调节对被测半导体材料表面区域的不同大小的区域和分辨率的激发和探测，实现测量区域的大小的精确控制；

（2）通过共聚焦的小孔单元的轴向位置调节，可以实现区域光致发光的激发，同时通过相机对激发区域进行可靠成像；

（3）基于可调光源，输出不同波长的光，实现物镜对焦判断或者光致激发的不同的用途。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种光致发光成像与光谱测量的装置与方法的结构与光路示意图；

图2为本发明一种光致发光成像与光谱测量的装置与方法的载台离物镜的距离与光谱能量的示意曲线；

图3为本发明一种光致发光成像与光谱测量的装置与方法的区域光致发光激发的效果示意图；

图4为本发明一种光致发光成像与光谱测量的装置与方法的原位光致激发的效果示意图。

附图标记：1、成像单元；2、小孔单元；3、可调谐光源单元；4、第一位移单元；5、第二位移单元；11、第一筒体；12、第一管镜；13、第二管镜；14、分光棱镜；15、物镜；16、相机；21、第二筒体；22、通孔；31、可调光源；32、光谱分析仪；33、光纤耦合器件；6、滤光片；7、载台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种光致发光成像与光谱测量的装置，包括成像单元1、小孔单元2、可调谐光源单元3、第一位移单元4和第二位移单元5。其中：

成像单元1位于放置待测半导体材料的载台7的正上方，且正对待测半导体的表面设置；在待测半导体材料上阵列设置有若干个晶粒。

小孔单元2设置在成像单元1的径向方向，小孔单元2的光路与成像单元1的光路相互连通且正交设置。

可调谐光源单元3与小孔单元2光路连接，用于产生至少两种不同波长的光，对待测半导体材料进行光致激发，或者接收待测半导体材料反射的光；

第一位移单元4设置在成像单元1的径向方向，用于调节小孔单元2与成像单元1的间距；间距调节的目的是改变经物镜输出的光斑的大小。

第二位移单元5设置在载台远离成像单元1的一端，用于调节载台与成像单元1的间距；

其中，待测半导体材料表面反射的光还进入成像单元1中实现成像探测。第一位移单元4和第二位移单元5配合，可以实现对待测半导体材料表面的不同区域内的若干个晶粒或者晶粒的部分表面进行光致激发，实现对不同大小的区域进行可调节的激发和探测，实现不同探测分辨率的快速切换。

如图1所示，成像单元1包括第一筒体11、第一管镜12、第二管镜13、分光棱镜14、物镜15和相机16；第一筒体11包括相互连通的第一端、第二端和第三端，第一端和第二端正对且间隔设置，第三端位于第一端和第二端的中心轴的径向方向的一侧；第一管镜12固定设置在第一端，物镜15固定设置在第二端，第二管镜13固定设置在第三端，相机16设置在第一端的第一筒体11外侧；分光棱镜14设置在第一筒体11内，用于将可调谐光源单元3发出的光反射至待测半导体材料表面，并将待测半导体材料反射的光经第三端返回可调谐光源单元3，或者将待测半导体材料反射的光经分光棱镜14透射后送入相机16中；小孔单元2设置在第三端的第一筒体11外侧。

本申请中提到的成像探测，采用的方法如下：采用相机16获取的画面的灰阶来判断待测半导体材料的好坏。首先，需要提供标准的半导体材料样品，对标准样品的半导体材料样品进行光致发光激发，由相机16进行拍摄，记录此时相机画面的灰阶，并将此时的灰阶作为灰阶参考阈值。如果对待测半导体材料进行光致发光激发，相机捕捉的画面的灰阶小于灰阶参考阈值，则认定待测半导体材料不合格。

为了保证灰阶参考阈值的准确性和可靠性，采用如下方法：1、对标准样品的半导体材料样品进行光致发光激发并进行多次重复拍摄，或者对不同的标准样品的半导体材料样品进行光致发光激发并拍摄；将多次拍摄获取的灰阶的平均值或者均方根值的±1%-3%的邻域作为灰阶参考阈值的范围；2、如果没有标准样品，则对多个待测半导体材料进行光致发光激发，选取前10%或者前30%的亮度的各灰阶的平均值±1%-3%或者各灰阶的均方根值的平均值±1%-3%作为灰阶参考阈值的范围。

小孔单元2包括第二筒体21，第二筒体21的中心轴处设置有贯穿的通孔22，第二筒体21的中心轴与可调谐光源单元3的焦点共线设置。由图1内容可知，可调谐光源单元3发出的光单向通过小孔单元2并在分光棱镜14处发生反射，然后经过物镜投射在待测半导体材料表面。待测半导体材料表面反射的光既包括部分反射的激发光，也包括待测半导体材料受激后产生的辐射光。待测半导体材料表面反射的光进过分光棱镜14时，一部分反射进入小孔单元2并返回可调谐光源单元3，另一部分透射进入相机16中。由于反射的光中包含部分激发光，会对相机16产生一定的干扰，故可在相机16的镜头处设置滤光片6，消除吸收可调谐光源单元3产生的激发光。

同样如图1所示，可调谐光源单元3包括可调光源31、光谱分析仪32和光纤耦合器件33；光纤耦合器件33包括第一连接部、第二连接部和第三连接部，第一连接部与可调光源31的输出端光路连接，第二连接部与光谱分析仪32的输入端光路连接，第三连接部正对小孔单元2的通孔22，且光纤耦合器件33的第三连接部的焦点与物镜15的测量焦点共轭设置。可调谐光源单元3一方面向光纤耦合器件33的第一连接部和第三连接部单向的输入不同波长的激励光，实现对待测半导体材料的光致激发。待测半导体材料受激辐射的光经过光纤耦合器件33的第三连接部和第二连接部送入光谱分析仪32中，由光谱分析仪32获得的光谱来分析待测半导体材料的光致发光的状态或者调节载台7相对于物镜的位置。光谱分析仪32通过对接收到的光进行光谱分析，剔除激励光，对待测半导体材料受激辐射的光，探测该光在不同波长对应的强度。

类似的，由于反射的光中包含部分激发光，会对光谱分析仪32产生不利的影响，故可以在光谱分析仪32的输入端处设置滤光片6，消除吸收可调谐光源单元3产生的激发光。

本实施例中，光纤耦合器件33为限定光单向通过的光纤耦合器。当然，采用环形器也是可以的，在此不再赘述。

本实施例中，第一位移单元4或者第二位移单元5为直线驱动机构；小孔单元2固定设置在第一位移单元4的活动端上，第一位移单元4固定时，用于维持小孔单元2的当前位置，第一位移单元4运动时，会沿着第二管镜13的中心轴方向直线移动小孔单元2；载台固定设置在第二位移单元5的活动端上，第二位移单元5用于维持载台的当前位置或者沿着物镜15的中心轴方向直线移动载台。

分光棱镜14的表面设置有膜层，该膜层将可调谐光源单元3发出的光或者待测半导体材料反射的光分解后分别进行反射和透射；膜层位于第二管镜13和物镜15的光轴的交点处。该膜层具有半反半透性质，具体反射和透射的光的分量，可以根据需要来选择。

另外，本发明提供了一种光致发光成像与光谱测量的方法，包括如下步骤：

S1：配置上述的光致发光成像与光谱测量的装置；

S2：成像对焦测距模式：将小孔单元2置于光纤耦合器件33的第三连接部外侧的前方，确保光纤耦合器件33的第三连接部的端面与物镜15的测量焦点共轭；可调光源31产生第一波长的光，第一波长的光依次通过小孔单元2和第二管镜13，然后对焦在物镜15的物方焦点上，当被测半导体材料偏离物镜15的物方焦点时，第一波长的光会在被测半导体材料表面形成一个弥散斑，弥散斑经过分光棱镜14的反射，再次经过第二管镜13和小孔单元2，由光纤耦合器件33的第三连接部送入光谱分析仪32的输入端，光谱仪输出弥散斑对应的光谱；当载台带动被测半导体材料移动时，光谱仪测量到的弥散斑的强度会发生变化，当光谱仪测量到弥散斑的能量最大时，表示被测半导体材料位于物镜15的焦平面上，此时弥散斑汇聚到最小点；弥散斑的大小通过相机16拍照捕捉确定；如图2所示，图2的横轴为载台离物镜的距离，图2的纵轴为光谱仪测量到弥散斑的能量曲线。当能量曲线到达峰值时，对应的载台离物镜的距离即为物镜的焦平面。通过步骤S2的方法，可以确定或者校正物镜的焦距或者焦平面的位置。除了观察光谱仪测量到弥散斑的能量曲线，还可以通过观察相机捕捉的弥散斑的尺寸，通过对相机获取的二维图形中的弥散斑的边界中所包含的像素数量最少的位置，同样对应着物镜的焦平面位置。该步骤也是一个对焦的过程。这里对弥散斑边界拟合的曲线内的各像素的面积或者弥散斑边界内囊括的像素数量来确认。求取边界曲线内的面积或者像素数量时，首对弥散斑边界拟合的曲线区域进行网格化，相邻网格线的行间距对应像素的长度，相邻网格线的列间距对应像素的宽度，对于完全包含在散斑边界拟合的曲线内的完整的各像素的边界构建虚拟内接矩形，虚拟内接矩形的边相邻的曲线的部分拟合为圆弧，即拟合维护与虚拟内接矩形的边合围形成弦内区域；根据预设的像素在图像坐标系中的长度和宽度，可以获取单个像素在图像坐标系中的面积；分别计算虚拟内接矩形和各弦内区域的面积，并累加后即得到弥散斑边界拟合的曲线内的各像素的面积。

S3：区域光致发光激发与探测：确定被测半导体材料位于物镜15的焦平面上后，控制可调光源31产生第二波长的光，第二波长小于被测半导体材料的禁带宽度对应的波长，如405nm或者375nm；第一位移单元4调节小孔单元2的位置，使小孔单元2偏离光纤耦合器件33的第三连接部的端面与物镜15的测量焦点的共轭位置，可调光源31发出的光依次经过光纤耦合器件33的第三连接部、小孔单元2、第二管镜13和分光棱镜14后，在物镜15的焦平面形成一个光斑，该光斑用于对被测半导体材料的对应区域进行光致激发，根据相机16的对区域光致发光成像结果判断被测半导体材料的好坏，即单次测量一个区域的光致激发效果；对该区域的若干个被测半导体材料的晶粒进行同时探测。对应的光致激发效果如图3所示，可见较大的光斑覆盖了若干个晶粒的表面区域，能同时对多个晶粒的表面进行光致激发，并由相机获取对应的激发的图像。

可调光源用于光致发光的第二波长，和步骤S2对焦用的可调光源的第一波长不同，具体的，第一波长大于第二波长。由于相机16的镜头本身存在色差或者色散，所以光致激发用的第二波长和第一波长经过物镜15后的焦点的焦距不一致，也就是说，光致激发光汇聚的时候，采用第一波长所得到的焦平面并不是最佳汇聚的位置，但是第一波长的光和第二波长的光经过物镜后的焦点焦距差是恒定的。在使用前，可以通过标定板来测量两个波长下的焦点差值。然后在后续用第一波长对焦时，测得其对焦焦距，然后补偿这样一个差值，就可以得到激发波长下的对焦高度，保证了第二波长激发光的汇聚效果。

S4：原位光致发光激发与探测：在步骤S3的基础上，再次使小孔单元2回到光纤耦合器件33的第三连接部的端面与物镜15的测量焦点的共轭位置，此时小孔单元2的通孔22的直径与成像单元1的放大倍率之比即为落在被测半导体材料表面的光斑大小，可以实现对被测半导体材料的单个晶粒的局部区域的原位光致发光激发与探测，根据相机16对原位光致发光的成像结果判断被测半导体材料的单个晶粒的局部区域的好坏。图4展示了对应的原位光致激发的效果示意图，相比图3的光斑，原位光致激发的范围更小，如图示的限于一个晶粒的局部表面区域。

举例说明，如小孔单元2的通孔的直径为10um，成像单元1的放大倍率为20倍时，则激励光会在晶粒的表面成一个直径0.5um的圆形光斑，并在0.5um的区域内产生光致发光效果。而产生的光致发光也在这0.5um的范围内，同时经过成像，分别被相机探测到，并通过反射被光谱仪采集到。假定图4中的矩形的单个晶粒的大小为3um*5um，则可以实现单个晶粒上面0.5um直径的区域进行高分辨率的光致发光激发与材料特性研究。

需要说明的是，本申请中使用的相机16，可以是彩色相机，也可以是黑白相机，或者是类似功能的成像传感器。

可调谐光源单元3中的可调光源31，可以采用单个激光机调节输出波长，也可以是采用多个激光光源通过N：1的通道选择开关的方式进行不同波长的择一的输出，即采用多路输入的方式分别对应连接多个不同波长的光源，一路输出通道对应光纤耦合器件33的第一连接部即可。

上述方法的步骤S2、S3和S4没有严格的执行顺序。如果已知成像单元1的对焦距离，则可以跳过步骤S2。当不需要进行区域光致发光激发时，也可以跳过步骤S3，直接执行步骤S4进行原位光致发光激发与探测。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光致发光成像与光谱测量的装置，其特征在于，包括：

成像单元（1），位于放置待测半导体材料的载台的正上方，且正对待测半导体的表面设置；

小孔单元（2），设置在成像单元（1）的一侧，小孔单元（2）的光路与成像单元（1）的光路相互连通且正交设置；

可调谐光源单元（3），与小孔单元（2）光路连接，用于产生至少两种不同波长的光，对待测半导体材料进行光致激发，或者接收待测半导体材料反射的光；

第一位移单元（4），设置在成像单元（1）的径向方向，用于调节所述小孔单元（2）与成像单元（1）的间距；

第二位移单元（5），设置在载台远离成像单元（1）的一端，用于调节载台与成像单元（1）的间距；

其中，待测半导体材料表面反射的光还进入成像单元（1）中实现成像探测；

所述成像单元（1）包括第一筒体（11）、第一管镜（12）、第二管镜（13）、分光棱镜（14）、物镜（15）和相机（16）；第一筒体（11）包括相互连通的第一端、第二端和第三端，第一端和第二端正对且间隔设置，第三端位于第一端和第二端的中心轴的径向方向的一侧；第一管镜（12）固定设置在第一端，物镜（15）固定设置在第二端，第二管镜（13）固定设置在第三端，相机（16）设置在第一端的第一筒体（11）外侧；分光棱镜（14）设置在第一筒体（11）内，用于将可调谐光源单元（3）发出的光反射至待测半导体材料表面，并将待测半导体材料反射的光经第三端返回可调谐光源单元（3），或者将待测半导体材料反射的光经分光棱镜（14）透射后送入相机（16）中；小孔单元（2）设置在第三端的第一筒体（11）外侧；

所述小孔单元（2）包括第二筒体（21），第二筒体（21）的中心轴处设置有贯穿的通孔（22），第二筒体（21）的中心轴与可调谐光源单元（3）的焦点共线设置；

可调谐光源单元（3）包括可调光源（31）、光谱分析仪（32）和光纤耦合器件（33）；光纤耦合器件（33）包括第一连接部、第二连接部和第三连接部，第一连接部与可调光源（31）的输出端光路连接，第二连接部与光谱分析仪（32）的输入端光路连接，第三连接部正对小孔单元（2）的通孔（22）；可调谐光源单元（3）一方面向光纤耦合器件（33）的第一连接部和第三连接部单向的输入不同波长的激励光，实现对待测半导体材料的光致激发；待测半导体材料受激辐射的光经过光纤耦合器件（33）的第三连接部和第二连接部送入光谱分析仪（32）中。

2.根据权利要求1所述的一种光致发光成像与光谱测量的装置，其特征在于，光纤耦合器件（33）的第三连接部的焦点与物镜（15）的测量焦点共轭设置。

3.根据权利要求2所述的一种光致发光成像与光谱测量的装置，其特征在于，所述光纤耦合器件（33）为限定光单向通过的光纤耦合器。

4.根据权利要求2所述的一种光致发光成像与光谱测量的装置，其特征在于，还包括滤光片（6），滤光片（6）设置在相机（16）的镜头处或者光谱分析仪（32）的输入端处。

5.根据权利要求1所述的一种光致发光成像与光谱测量的装置，其特征在于，所述第一位移单元（4）或者第二位移单元（5）为直线驱动机构；小孔单元（2）固定设置在第一位移单元（4）的活动端上，第一位移单元（4）用于维持小孔单元（2）的当前位置或者沿着第二管镜（13）的中心轴方向直线移动小孔单元（2）；载台固定设置在第二位移单元（5）的活动端上，第二位移单元（5）用于维持载台的当前位置或者沿着物镜（15）的中心轴方向直线移动载台。

6.根据权利要求1所述的一种光致发光成像与光谱测量的装置，其特征在于，所述分光棱镜（14）的表面设置有膜层，膜层将可调谐光源单元（3）发出的光或者待测半导体材料反射的光分解后分别进行反射和透射；膜层位于第二管镜（13）和物镜（15）的光轴的交点处。

7.一种光致发光成像与光谱测量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：配置如权利要求1-6任一项所述的光致发光成像与光谱测量的装置；

S2：成像对焦测距模式：将小孔单元（2）置于光纤耦合器件（33）的第三连接部前方，确保光纤耦合器件（33）的第三连接部的端面与物镜（15）的测量焦点共轭；可调光源（31）产生第一波长的光，第一波长的光依次通过小孔单元（2）和第二管镜（13），然后对焦在物镜（15）的物方焦点上，当被测半导体材料偏离物镜（15）的物方焦点时，第一波长的光会在被测半导体材料表面形成一个弥散斑，弥散斑经过分光棱镜（14）的反射，再次经过第二管镜（13）和小孔单元（2），由光纤耦合器件（33）的第三连接部送入光谱分析仪（32）的输入端，光谱仪输出弥散斑对应的光谱；当载台带动被测半导体材料移动时，光谱仪测量到的弥散斑的强度会发生变化，当光谱仪测量到弥散斑的能量最大时，表示被测半导体材料位于物镜（15）的焦平面上，此时弥散斑汇聚到最小点；弥散斑的大小通过相机（16）拍照捕捉确定；

S3：区域光致发光激发与探测：确定被测半导体材料位于物镜（15）的焦平面上后，控制可调光源（31）产生第二波长的光，第二波长小于被测半导体材料的禁带宽度对应的波长；第一位移单元（4）调节小孔单元（2）的位置，使小孔单元（2）偏离光纤耦合器件（33）的第三连接部的端面与物镜（15）的测量焦点的共轭位置，可调光源（31）发出的光依次经过光纤耦合器件（33）的第三连接部、小孔单元（2）、第二管镜（13）和分光棱镜（14）后，在物镜（15）的焦平面形成一个光斑，该光斑用于对被测半导体材料的对应区域进行光致激发，根据相机（16）的成像结果判断被测半导体材料的好坏，即单次测量一个区域的光致激发效果；对该区域的若干个被测半导体材料的晶粒进行同时探测；

S4：原位光致发光激发与探测：在步骤S3的基础上，再次使小孔单元（2）回到光纤耦合器件（33）的第三连接部的端面与物镜（15）的测量焦点的共轭位置，此时小孔单元（2）的通孔（22）的直径与成像单元（1）的放大倍率之比即为落在被测半导体材料表面的光斑大小，由相机（16）根据原位光致发光的成像结果判断被测半导体材料的单个晶粒的局部区域的好坏。

8.根据权利要求7所述的一种光致发光成像与光谱测量的方法，其特征在于，所述第一波长大于第二波长。