[发明专利]检测半导体晶体或外延薄膜材料极性的方法及检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种检测半导体晶体或外延 薄膜材料极性的方法及检测系统。

背景技术

近几十年来，基于III-V族、II-VI族化合物半导体材料上的光电 器件得到了非常广泛的应用并创造了巨大的经济效益。作为光电器件 的基础，高质量III-V族、II-VI族化合物半导体材料的生长及其物理 性质的研究尤为重要。对于上述的半导体材料而言，由于非中心对称 结构而产生的极性、或者说是极化效应对半导体的性质，尤其是其外 延薄膜和量子结构的光电性质具有强烈的影响。比如，III族氮化物 宽禁带半导体的极性对于材料的光学和电学性质都有着至关重要的 影响，GaN基异质结的极化效应可以导致强度高达兆伏/厘米量级的 内建电场和密度达到10¹³cm^-2的极化电荷，大大提高了异质结二维电 子气(2DEG)的密度，可以被用来研制高功率微波功率器件等新一 代电子器件。更为重要的是，不同极性的外延薄膜具有不同的生长行 为和性质。还是以GaN为例，实验上发现与N极性GaN相比，Ga 极性的GaN不但表面平坦，半导体晶体质量更好，而且更容易实现p 型掺杂。同样极性对于其他的III-V族和II-VI族化合物半导体如 GaAs、ZnO、ZnSe、ZnS等也具有重要的影响。

鉴于极性对材料光电性质至关重要的影响，如何判断半导体晶体 或者外延材料的极性就显得非常重要。目前，判断半导体晶体极性的 方法共有如下几种：X光光电子谱、共轴离子散射，汇聚束电子衍射， 化学腐蚀等。其中最常用的是汇聚束电子衍射和化学腐蚀的方法，前 者需要和透射电子显微镜同时进行测量，不但仪器昂贵、制样和仪器 操作困难、对样品具有破坏性，而且不能进行大面积的判断。化学腐 蚀的方法虽然相对简单，但是准确性差，对样品也具有破坏性。X光 光电子谱和共轴离子散射这两种方法虽然对样品不具有破坏性，但是 测试需要超高真空系统，对样品表面的清洁度要求苛刻，另外结果需 要和理论计算的结果相模拟，工作量很大且精确度不高。因此，目前 急需一种有效、无损伤、价廉和易操作的判断半导体晶体和外延薄膜 极性的方法。

发明内容

本发明的目的是提供—种操作简单快捷、检测精确度高、制样简 单，且测试系统价格低廉的通过圆偏振自旋光电效应检测半导体晶体 或外延薄膜极性的方法及检测系统。

为达到上述目的，一方面，本发明的技术方案提供一种检测半导 体晶体或外延薄膜材料极性的方法，所述方法包括以下步骤：利用圆 偏振光辐照待测的半导体晶体或外延薄膜材料，并检测所产生的无偏 压电流的电流方向；根据所述无偏压电流的电流方向，判断所述待测 的半导体晶体或外延薄膜材料的极性。

其中，半导体晶体为具有极性或者不对称性的半导体晶体。

其中，所述的半导体晶体为III-V族化合物半导体或II-VI族化合 物半导体。

其中，所述外延薄膜为具有极性的外延薄膜及其量子结构。

其中，所述外延薄膜为GaN、AlN、InN外延薄膜、ZnO、ZnS、 ZnSe外延薄膜或GaN基异质结构。

另一方面，本发明的技术方案提供一种检测半导体晶体或外延薄 膜材料极性的检测系统，所述系统包括：激光光源，用于发射线偏振 光；1/4波片，位于所述激光光源下方，可旋转用于改变光的螺旋度， 产生圆偏振光；放大电路，待测的半导体晶体或外延薄膜材料表面做 两个欧姆接触的电极，并引线与所述放大电路相连；锁相放大器，与 所述放大电路连接。

上述技术方案具有如下优点：本发明的测试系统可在常温常压下 工作，检测精确度高、制样简单快捷、检测速度快，对测试样品具有 无损性，而且对测试人员的要求很低，操作非常容易，每个样品的测 试时间仅为10分钟左右，更为重要的是整套测试系统价格低廉，可 以大大降低测试成本。

附图说明

图1是本发明实施例的一种不同自旋取向导致的圆偏振自旋光电 效应带内激发示意图；

图2是本发明实施例中利用圆偏振自旋光电流效应判断极性的测 试系统示意图；

图3是本发明实施例中的In极性InN的样品结构示意图；

图4是本发明实施例中的N极性InN的样品结构示意图；

图5是本发明实施例中利用圆偏振自旋光电流效应判断InN极性 的示意图。