專利名稱：一種GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及GaN基半導(dǎo)體器件測量技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于GaN基半導(dǎo)體器件特殊的空間對稱性，以及材料本身大的壓電常數(shù)，不同組分合金之間大的晶格失配而極易引起大的應(yīng)變，在垂直極性面GaN基應(yīng)變薄膜的方向上，存在很大的自發(fā)極化，產(chǎn)生自發(fā)極化場。在GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)中，壓電極化場的存在引起量子阱的能帶結(jié)構(gòu)在異質(zhì)界面處發(fā)生傾斜，電子和空穴波函數(shù)在空間上發(fā)生分離，重疊密度大為減少，電子空穴對復(fù)合幾率因而減少。這種由極化場引起的量子限制斯達(dá)克(stark)效應(yīng)將使發(fā)光器件的發(fā)光波長的不穩(wěn)定性和發(fā)光效率低，這些都是在極性襯底上生長的 GaN極性薄膜所不可避免的。量子限制stark效應(yīng)是影響GaN基器件的內(nèi)量子效率的重要機(jī)制，其使發(fā)光器件的輻射復(fù)合效率降低。然而，目前對于內(nèi)量子效率的直接測量手段很少有報道，測量手段往往局限于傳統(tǒng)的反推式，反推要求能夠精確的計算取光效率，而取光效率主要受芯片幾何外形，材料折射率和各種吸收損耗的影響。還有些學(xué)者提出一種變溫測量的方法，在降溫過程中測量外量子效率隨溫度的變化，在一定溫度范圍內(nèi)，測量出外量子效率，根據(jù)LED內(nèi)部的復(fù)合機(jī)制，確定內(nèi)量子效率。如果要準(zhǔn)確得到內(nèi)量子效率，找到能表征內(nèi)量子效率的裝置或方法顯得尤其重要。綜上，量子限制stark效應(yīng)嚴(yán)重的影響了材料或器件發(fā)光的內(nèi)量子效率，而量子限制stark效應(yīng)又是由壓電場而產(chǎn)生的。如果能獲得GaN基半導(dǎo)體器件的壓電場強(qiáng)度，就可以直觀的表征內(nèi)量子效率。所以如何獲得外延片壓電場就成為一個亟待解決的問題。

實用新型內(nèi)容鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本實用新型的目的在于提供一種GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)，用于準(zhǔn)確獲取外延片壓電場。為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實用新型提供一種GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)，包括設(shè)置在測量密封室內(nèi)、激發(fā)外延片產(chǎn)生光信號，并對所述光信號進(jìn)行模數(shù)處理的測量子系統(tǒng)；與所述測量子系統(tǒng)相連、通過所述光信號獲得外延片光譜并通過分析所述外延片光譜獲得外延片壓電場的分析控制子系統(tǒng)。可選地，所述測量子系統(tǒng)包括與所述外延片相連、為所述外延片提供外置電壓的電壓源；產(chǎn)生用于照射在所述外延片表面以激發(fā)所述外延片產(chǎn)生光信號的激發(fā)光源；接收并放大所述外延片的光信號的光電倍增管；與所述光電倍增管相連以將所述光電倍增管輸出的光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器?？蛇x地，所述分析控制子系統(tǒng)包括與所述A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連、通過所述A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的數(shù)字信號得到所述外延片光譜并通過分析所述外延片光譜獲得外延片壓電場的多功能控制器；與所述電壓源相連并調(diào)節(jié)所述電壓源電壓的電壓調(diào)節(jié)控制器?？蛇x地，所述外延片的光譜由藍(lán)移現(xiàn)象變?yōu)榧t移現(xiàn)象時的外置電壓即為偏置電壓?？蛇x地，外延片壓電場強(qiáng)度的計算公式為E一。= U/(dsand+dd);其中，Epiezo為壓電場強(qiáng)度，U為偏置電壓，dsand為GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的厚度，dd為多量子阱中耗盡層的厚度。如上所述，本實用新型的一種GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)，具有以下有益效果本實用新型的測量系統(tǒng)通過改變外延片的外置電壓可以得到外延片的光致發(fā)光光譜的波峰由藍(lán)移現(xiàn)象到紅移現(xiàn)象的轉(zhuǎn)移圖，獲得偏置電壓，從而獲得外延片壓電場；本實 用新型結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，獲得的外延片壓電場準(zhǔn)確性高。

圖I顯示為本實用新型的一種GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2顯示為本實用新型的一種GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)的壓電場的測量流程圖。圖3顯示為本實用新型的一種GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的外延片的光致發(fā)光光譜從藍(lán)移現(xiàn)象到紅移現(xiàn)象的轉(zhuǎn)移圖。元件標(biāo)號說明I 測量系統(tǒng)10 測量子系統(tǒng)100 激發(fā)光源101光電倍增管102A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器103電壓源11分析控制子系統(tǒng)110多功能控制器111電壓調(diào)節(jié)控制器2外延片3樣品臺SIO-S15 步驟
具體實施方式
以下由特定的具體實施例說明本實用新型的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實用新型的其他優(yōu)點及功效。須知，本實用新型的一種GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)的說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本實用新型可實施的限定條件，故不具技術(shù)上的實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本實用新型所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本實用新型所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。量子限制stark(斯達(dá)克)效應(yīng)嚴(yán)重的影響了外延片的內(nèi)量子效率，而量子限制stark效應(yīng)又是由壓電場而產(chǎn)生的。如果能獲得外延片的壓電場，就可以直觀的表征內(nèi)量子效率。有鑒于此，本實用新型提供了一種GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)。以下將詳細(xì)闡述本實用新型的一種GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)的原理及實施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要創(chuàng)造性勞動即可理解本實用新型的一種GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)。請參閱圖1，顯示為本實用新型的一種GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，本實用新型提供一種GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)，所述測量系統(tǒng)I包括測量子系統(tǒng)10和分析控制子系統(tǒng)11。
·[0034]在本實用新型中，所述測量子系統(tǒng)10的功能是激發(fā)所述外延片2產(chǎn)生光信號并將所述光信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；為防止所述外延片2受外界光線的影響，所以本實施例中將所述測量子系統(tǒng)10設(shè)置在測量密封室內(nèi)。在本實施例中，為達(dá)到所述測量子系統(tǒng)10的功能，所述測量子系統(tǒng)10包括電壓源103，與所述外延片2相連，為所述外延片2提供外置電壓；所述外延片2放置在樣品臺3等可以使得外延片2平放的裝置或者器件上面；激發(fā)光源100，激發(fā)所述外延片2產(chǎn)生光信號，需要說明的是，所述激發(fā)光源100的光源性質(zhì)并沒有限制，紫外光、可見光、紅外輻射光或光致發(fā)光都可以，在本實施例中，采用光致發(fā)光；具體地，使用光致發(fā)光頻譜儀自帶的發(fā)致發(fā)光作為激發(fā)光源100 ;所述激發(fā)光源100照射在所述外延片2的表面，外延片2的表面受到光照激發(fā)便會產(chǎn)生光信號；光電倍增管101，放置在可以很好地接收到外延片2所發(fā)出的光信號的位置，所述光電倍增管101可以接收并放大所述外延片2的光信號；A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器102，與所述光電倍增管101相連，將所述光電倍增管101中的光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便所述分析控制子系統(tǒng)11處理。所述分析控制子系統(tǒng)11與所述測量子系統(tǒng)10相連；所述分析控制子系統(tǒng)11的功能是通過所述測量子系統(tǒng)10產(chǎn)生的數(shù)字信號獲得所述外延片2光譜并通過分析所述外延片2光譜獲得外延片2壓電場；所述外延片2光譜即為光致發(fā)光光譜(即PL光譜，PL-photoluminescence,光致發(fā)光)。在本實施例中，為達(dá)到所述分析控制子系統(tǒng)11的功能，所述分析控制子系統(tǒng)11包括與所述A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器102相連、通過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器102中的數(shù)字信號得到所述外延片2光譜并通過分析所述外延片2光譜獲得外延片2壓電場的多功能控制器110 ;與所述電壓源103相連并調(diào)節(jié)所述電壓源103電壓的電壓調(diào)節(jié)控制器111。若所述外延片2的外置電壓不同，受激發(fā)產(chǎn)生的光信號的強(qiáng)弱便不同。此外，所述外延片2產(chǎn)生的光信號所呈現(xiàn)的光譜會有波峰。在本實施例中，根據(jù)在不同外置電壓下，所述外延片2產(chǎn)生光譜會發(fā)生藍(lán)移現(xiàn)象和紅移現(xiàn)象的特點，可以找到所述光譜由藍(lán)移現(xiàn)象變?yōu)榧t移現(xiàn)象時的外延片2的外置電壓，所述外延片2的光譜由藍(lán)移現(xiàn)象變?yōu)榧t移現(xiàn)象時的外置電壓即為偏置電壓。需要特別說明的是，在本實施例中，確定偏置電壓的方法為通過所述電壓調(diào)節(jié)控制器111調(diào)節(jié)電壓源103的電壓，為準(zhǔn)確找到藍(lán)移現(xiàn)象變?yōu)榧t移現(xiàn)象的外置電壓，從外置電壓為零開始逐漸增加；所述電壓調(diào)節(jié)控制器111每次增加電壓源103中電壓的幅度大小為(O. 02-0)/20V,即lmV，其中OV為限定所述電壓源103供給所述外延片2的最小電壓，O. 02V為限定所述電壓源103供給所述外延片2的最大電壓；這也要求所述電壓源103具有較高的精度。所述藍(lán)移現(xiàn)象為PL光譜的波峰峰值所對應(yīng)的波長逐漸變小，當(dāng)電壓調(diào)節(jié)控制器111逐漸增大電壓源103的電壓到某一外置電壓值后，再繼續(xù)增加外置電壓值時，所述PL光譜發(fā)生紅移現(xiàn)象，即PL光譜的波峰峰值所對應(yīng)的波長會逐漸變大。這個從藍(lán)移現(xiàn)象到紅移現(xiàn)象轉(zhuǎn)變的外置電壓即可確定為偏置電壓。確定為偏置電壓依據(jù)是當(dāng)外置電壓在多量子阱里產(chǎn)生的電場與多量子阱的壓電場強(qiáng)度大小相同方向相反時，量子阱的能帶被拉平，不再傾斜。在獲得偏置電壓之后，通過公式計算即可獲得所述外延片2壓電場的強(qiáng)度，具體地，所述外延片壓2電場強(qiáng)度的計算公式為Epi_ = U/(dsand+dd);其中Epi_為壓電場強(qiáng)度；U為偏置電壓；dsand為GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的厚度，可以通過X射線衍射分析得到；dd為多量子阱中耗盡層的厚度，由載流子的濃度、施主和受主濃度、電子與空穴的有效質(zhì)量計算得到。
為進(jìn)一步使得本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本實用新型，下面詳細(xì)說明本實用新型的使用方法。在使用本實用新型的測量系統(tǒng)I之前，應(yīng)做如下準(zhǔn)備對所述外延片2進(jìn)行X射線衍射的測量，得到多量子阱層的厚度dsand，并根據(jù)載流子的濃度、施主和受主濃度、電子與空穴的有效質(zhì)量計算出多量子阱中耗盡層的厚度dd ;對于所述多量子阱層的厚度dsand和多量子阱中耗盡層的厚度dd，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)專業(yè)知識很容易測量計算得出。然后按上述描述連接好測量系統(tǒng)I的各部件之后，將所述外延片2放置在所述樣品臺3上，并用激發(fā)光源100照射所述外延片2的表面，所述光電倍增管101接收并放大所述外延片2受激發(fā)光源100激發(fā)產(chǎn)生的光信號，所述光信號通過所述A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器102變?yōu)閿?shù)字信號輸出到所述多功能控制器110中，以供所述多功能控制器110進(jìn)行分析。在做好上述準(zhǔn)備之后，請參閱圖2，顯示為本實用新型的一種GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)的壓電場的測量流程圖。首先執(zhí)行步驟S10，在所述外延片的外置電壓為O時，從所述多功能控制器中得到所述外延片的PL光譜；接著執(zhí)行步驟SI I。在步驟Sll中，通過所述電壓調(diào)節(jié)控制器增加所述外延片的外置電壓；通過所述電壓調(diào)節(jié)控制器增加電壓源的電壓，每次增加電壓源中電壓的幅度大小為(0.02-0)/20V，即IV，其中OV為限定所述電壓源供給所述外延片的最小電壓，O. 02V為限定所述電壓源供給所述外延片的最大電壓；這也要求所述電壓源具有較高的精度；接著執(zhí)行步驟S12。在步驟S12中，通過所述多功能控制器得到所述外延片的PL光譜；接著執(zhí)行步驟S13。在步驟S13中，對比不同外置電壓值下的PL光譜，判斷是否PL光譜發(fā)生從藍(lán)移現(xiàn)象到紅移現(xiàn)象的轉(zhuǎn)變；若是，則執(zhí)行步驟S14，若否，則返回到步驟S11，繼續(xù)增加外置電壓的值，直到PL光譜上的藍(lán)移現(xiàn)象停止，PL光譜發(fā)生紅移現(xiàn)象。在步驟S14中，請參閱圖3，圖3顯示為PL光譜從藍(lán)移現(xiàn)象到紅移現(xiàn)象的轉(zhuǎn)移圖，即PL光譜的波峰的波長由逐漸變小改變?yōu)橹饾u增大的變化過程圖，從轉(zhuǎn)移圖中可以確定所述外延片的PL光譜從藍(lán)移現(xiàn)象變?yōu)榧t移現(xiàn)象時的外置電壓，該外置電壓即為偏置電壓，即藍(lán)移現(xiàn)象結(jié)束時的電壓Un+2 ;接著執(zhí)行步驟S15。在步驟S 15中，通過公式Epi_ = U/(dsand+dd)計算得到外延片電壓場強(qiáng)度，其中，
U 為 un+2。綜上所述，本實用新型的一種GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)，具有以下有益效果本實用新型的測量系統(tǒng)通過改變外延片的外置電壓可以得到外延片的光致發(fā)光光譜的波峰由藍(lán)移現(xiàn)象到紅移現(xiàn)象的轉(zhuǎn)移圖，獲得偏置電壓，從而獲得外延片壓電場；本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，獲得的外延片壓電場準(zhǔn)確性高。所以，本實用新型有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行 修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本實用新型的權(quán)利要求所涵蓋。
權(quán)利要求1.一種GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)，其特征在于，包括 設(shè)置在測量密封室內(nèi)、激發(fā)外延片產(chǎn)生光信號，并對所述光信號進(jìn)行模數(shù)處理的測量子系統(tǒng)； 與所述測量子系統(tǒng)相連、通過所述光信號獲得外延片光譜并通過分析所述外延片光譜獲得外延片壓電場的分析控制子系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述測量子系統(tǒng)包括 與所述外延片相連、為所述外延片提供外置電壓的電壓源； 產(chǎn)生用于照射在所述外延片表面的光以激發(fā)所述外延片產(chǎn)生光信號的激發(fā)光源； 接收并放大所述外延片的光信號的光電倍增管； 與所述光電倍增管相連以將所述光電倍增管輸出的光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)，其特征在于，所述分析控制子系統(tǒng)包括 與所述A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器相連、通過所述A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的數(shù)字信號得到所述外延片光譜并通過分析所述外延片光譜獲得外延片壓電場的多功能控制器； 與所述電壓源相連并調(diào)節(jié)所述電壓源電壓的電壓調(diào)節(jié)控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)，其特征在 于，所述外延片光譜由藍(lán)移現(xiàn)象變?yōu)榧t移現(xiàn)象時的外置電壓即為偏置電壓。
專利摘要本實用新型提供一種GaN基多量子阱結(jié)構(gòu)的外延片壓電場的測量系統(tǒng)，包括設(shè)置在測量密封室內(nèi)、激發(fā)所述外延片產(chǎn)生光信號，并對所述光信號進(jìn)行模數(shù)處理的測量子系統(tǒng)；通過所述光信號獲得外延片光譜從而獲得外延片壓電場的分析控制子系統(tǒng)。所述測量子系統(tǒng)包括為外延片提供外置電壓的電壓源；產(chǎn)生用于照射在外延片表面的光以激發(fā)外延片產(chǎn)生光信號的激發(fā)光源；接收并放大外延片的光信號的光電倍增管；將光電倍增管輸出的光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器。所述分析控制子系統(tǒng)包括得到外延片的光譜并獲得外延片壓電場的多功能控制器和調(diào)節(jié)電壓源電壓的電壓調(diào)節(jié)控制器。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，準(zhǔn)確獲得的外延片壓電場。
文檔編號G01R29/22GK202631646SQ20122009255
公開日2012年12月26日 申請日期2012年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月13日
發(fā)明者汪連山, 呂志勤 申請人:華中科技大學(xué)