各向异性半导体光学特性测量装置及其测量方法与流程

本发明涉及光学特性测量，特别是涉及一种各向异性半导体光学特性测量装置及其测量方法。

背景技术：

1、若材料在各个方向上全部或部分物理、化学等性质随方向不同而各自表现出一定差异的特性，即在不同的方向所测得的性能数值不同，那么这种材料称为各向异性材料。大多数材料是各向同性，只有少部分半导体材料是各向异性的，例如黑磷、二硫化铼等。对各种半导体材料性质的研究促进了社会的发展，其中光致发光、光吸收特性、光生载流子信息等光学特性是半导体材料的重要性质，各向异性光学特性的研究对于研发新的、更有效的器件至关重要。

2、在相关技术方案中，测量半导体材料光学特性的方法有很多种，测量的原理各不相同，测试的装置也各不相同。但是，目前测量半导体材料光学特性的方法无法测量具有各向异性的半导体材料在不同方向上的光学特性。

3、由此可见，如何测量各向异性半导体材料在不同方向上的光学特性，是本领域人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种各向异性半导体光学特性测量装置及其测量方法，可以有效测量出具有各向异性的半导体材料在不同方向上的光学特性。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种各向异性半导体光学特性测量装置，包括：光源调控部、样品旋转测量部和光学探测部；

3、所述光源调控部，用于提供白光、激发光和探测光，对所述白光、所述激发光和所述探测光的极化方向和功率进行调控，并将调控后的光束传输至所述样品旋转测量部；所述激发光和所述探测光的波长不同；

4、所述样品旋转测量部，用于将调控后的光束汇聚到半导体样品上，并将经所述半导体样品反射后的光束传输至所述光学探测部，还用于通过旋转调节所述半导体样品的方向；

5、所述光学探测部，用于获取所述半导体样品在不同方向上对应的吸收光谱、光致发光光谱、光生载流子信息。

6、第一方面，在本发明实施例提供的上述各向异性半导体光学特性测量装置中，所述光源调控部包括：

7、白光光源，用于为吸收光谱测量提供所述白光；

8、激光光源，用于为光生载流子和光致发光测量提供激光；

9、第一分光部件，用于将所述激光分成第一激光束和第二激光束；所述第一激光束进入第一波长调节装置；所述第二激光束进入延迟线后经第一反射镜反射至第二波长调节装置；

10、所述第一波长调节装置，用于对所述第一激光束进行波长调节，得到激发光；

11、所述第二波长调节装置，用于对所述第二激光束进行波长调节，得到探测光；所述探测光的波长是由所述激发光激发所述半导体样品后产生的光致发光光谱而选择的；

12、第一调控部件，用于对所述白光的极化方向和功率进行调控；

13、第二调控部件，用于对所述激发光的极化方向和功率进行调控；

14、第三调控部件，用于对所述探测光的极化方向和功率进行调控。

15、另一方面，在本发明实施例提供的上述各向异性半导体光学特性测量装置中，所述第一调控部件包括：

16、第一偏振片，用于接收所述白光，对所述白光的极化方向进行调控，并传输至第一半波片；

17、所述第一半波片，用于对所述白光的功率进行调控；

18、所述第二调控部件包括：

19、第二偏振片，用于接收所述激发光，对所述激发光的极化方向进行调控，并传输至第二半波片；

20、所述第二半波片，用于对所述激发光的功率进行调控，并传输至第一斩波器；

21、所述第一斩波器，用于将所述激发光调节成脉冲激发光；

22、所述第三调控部件包括：

23、第三偏振片，用于接收所述探测光，对所述探测光的极化方向进行调控，并传输至第三半波片；

24、所述第三半波片，用于对所述探测光的功率进行调控，并传输至第二斩波器；

25、所述第二斩波器，用于将所述探测光调节成脉冲探测光。

26、另一方面，在本发明实施例提供的上述各向异性半导体光学特性测量装置中，所述光源调控部还包括：

27、第二分光部件，用于将调控后的所述白光反射至所述样品旋转测量部；

28、第三分光部件，用于将所述脉冲激发光反射至所述样品旋转测量部；

29、第四分光部件，用于将所述脉冲探测光反射至所述样品旋转测量部。

30、另一方面，在本发明实施例提供的上述各向异性半导体光学特性测量装置中，所述样品旋转测量部包括：

31、第五分光部件，用于对所述第二分光部件、所述第三分光部件、所述第四分光部件反射的光束进行分光，并分别传输至显微镜和ccd；还用于将经所述半导体样品反射后的光束通过所述第二分光部件、所述第三分光部件、所述第四分光部件传输至所述光学探测部；

32、所述显微镜，用于将光束汇聚到所述半导体样品上；

33、所述ccd，用于辅助观察所述半导体样品情况；

34、位移台，用于承载所述半导体样品，调节所述半导体样品相对所述显微镜的位置，使所述半导体样品在所述显微镜的焦距所在平面上，还用于通过全方位调节将所述半导体样品恢复至激光光斑处；

35、旋转底座，与所述位移台连接，用于改变所述半导体样品的方向。

36、另一方面，在本发明实施例提供的上述各向异性半导体光学特性测量装置中，所述光学探测部包括：

37、第六分光部件，用于对所述样品旋转测量部传输的光束进行分光，并分别传输至第一滤光器和第七分光部件；

38、所述第一滤光器，用于只允许光致发光进入到第一光谱仪中；

39、所述第一光谱仪，用于测量光致发光光谱；

40、所述第七分光部件，用于对所述第六分光部件传输的光束进行分光，并分别传输至第二光谱仪和第二反射镜；

41、所述第二光谱仪，用于测量吸收光谱；

42、所述第二反射镜，用于将所述第七分光部件传输的光束反射至第二滤光器；

43、所述第二滤光器，用于只允许探测光进入到光检测器；

44、所述光检测器，用于检测所述第二滤光器传输的光束强弱变化，并将光信号转换成电信号。

45、另一方面，在本发明实施例提供的上述各向异性半导体光学特性测量装置中，所述第一分光部件、所述第二分光部件、所述第三分光部件、所述第四分光部件、所述第五分光部件、所述第六分光部件和所述第七分光部件均为半透半反镜。

46、另一方面，在本发明实施例提供的上述各向异性半导体光学特性测量装置中，还包括：与所述光源调控部、所述样品旋转测量部和所述光学探测部电性连接的控制部。

47、另一方面，在本发明实施例提供的上述各向异性半导体光学特性测量装置中，所述第一偏振片、所述第二偏振片、所述第三偏振片、所述第一半波片、所述第二半波片和所述第三半波片均位于旋转座上。

48、为了解决上述技术问题，本发明还提供一种本发明实施例提供的上述各向异性半导体光学特性测量装置的测量方法，包括：

49、所述光源调控部提供白光、激发光和探测光，对所述白光、所述激发光和所述探测光的极化方向和功率进行调控，并将调控后的光束传输至所述样品旋转测量部；所述激发光和所述探测光的波长不同；

50、所述样品旋转测量部将调控后的光束汇聚到半导体样品上，并将经所述半导体样品反射后的光束传输至所述光学探测部；

51、所述样品旋转测量部通过旋转调节所述半导体样品的方向；

52、所述光学探测部获取所述半导体样品在不同方向上对应的吸收光谱、光致发光光谱、光生载流子信息。

53、第一方面，在本发明实施例提供的上述各向异性半导体光学特性测量装置的测量方法中，在所述光源调控部提供激发光之后，在所述光源调控部提供探测光之前，还包括：

54、在所述激发光激发所述半导体样品后，所述光学探测部获取所述半导体样品激发后产生的光致发光光谱，并根据所述光致发光光谱选择所述探测光的波长。

55、另一方面，在本发明实施例提供的上述各向异性半导体光学特性测量装置的测量方法中，在所述光学探测部获取所述吸收光谱、所述光致发光光谱、所述光生载流子信息的过程中，包括：

56、当所述光源调控部只提供所述激发光时，所述光学探测部利用第一光谱仪获取所述光致发光光谱；

57、当所述光源调控部只提供所述白光时，所述光学探测部利用第二光谱仪获取所述吸收光谱；

58、当所述光源调控部只提供所述探测光时，打开所述探测光光路上的第二斩波器，所述光学探测部测量经过所述半导体样品反射后进入光检测器的初始反射率；

59、当所述光源调控部提供所述探测光和所述激发光时，关闭所述第二斩波器，打开所述激发光光路上的第一斩波器，改变延迟线后，所述光学探测部测量所述探测光延迟不同时的所述半导体样品的反射率改变量，并根据所述初始反射率和所述反射率改变量，得到反映所述光生载流子信息的差分反射信号。

60、从上述技术方案可以看出，本发明所提供的一种各向异性半导体光学特性测量装置，包括：光源调控部、样品旋转测量部和光学探测部；光源调控部，用于提供白光、激发光和探测光，对白光、激发光和探测光的极化方向和功率进行调控，并将调控后的光束传输至样品旋转测量部；激发光和探测光的波长不同；样品旋转测量部，用于将调控后的光束汇聚到半导体样品上，并将经半导体样品反射后的光束传输至光学探测部，还用于通过旋转调节半导体样品的方向；光学探测部，用于获取半导体样品在不同方向上对应的吸收光谱、光致发光光谱、光生载流子信息。

61、本发明的有益效果在于，本发明提供的上述各向异性半导体光学特性测量装置，通过光源调控部、样品旋转测量部和光学探测部的相互作用，控制白光、激发光和探测光的极化方向和功率，调节半导体样品的方向，通过不同极化的白光、激发光和探测光，以及不同方向上的半导体样品，可以有效测量出具有各向异性的半导体材料在不同方向上的光生载流子、光致发光、吸收光谱等光学特性，通过不同方向上光学特性的变化为研究各种半导体材料各向异性的应用提供帮助。

62、此外，本发明还针对各向异性半导体光学特性测量装置提供了相应的测量方法，与上述提到的各向异性半导体光学特性测量装置具有相同或相对应的技术特征，进一步使得上述各向异性半导体光学特性测量装置更具有实用性，该测量方法具有相应的优点。