УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ ГЕТЕРОСТРУКТУР

Известно, что качество широкозонных материалов и структур можно контролировать методами измерения фотолюминесценции [1].
Известно устройство для контроля фотолюминесценции пластин на основе GaAs/PAs [2]. Оно содержит источник облучения образца в виде ртутной или ксеноновой лампы мощностью 200 Вт с соответствующими фильтрами и фокусирующей системой, позволяющей облучать исследуемый образец под некоторым углом к поверхности образца при длине волны света короче 600 нм при плотности мощности облучения поверхности образца порядка 1 мВт/мм. Облучаемая область при использовании линзы проектируется на монохроматор, связанный с детектирующей и регистрирующей системой.
Однако указанная аппаратура является достаточно сложной и громоздкой.
В качестве прототипа можно привести описание устройства для контроля фотолюминесценции в гетероструктурах типа AlGaN/GaN/SiC [3]. В этих гетероструктурах под воздействием ультрафиолетовых лучей возникает сильная «желтая» фотолюминесценция. Она концентрируется в GaN-буфере эпислоев и связана с вакансиями Ga и примесями углерода, которые способствуют образованию глубоких ловушек для электронов. «Желтую» фотолюминесценцию в гетероструктурах типа AlGaN/GaN/SiC определяют при использовании аппаратуры, содержащей источник ультрафиолетового (УФ) излучения и монохроматор с фоторегистрирующей системой [3].
Однако, аппаратура, рассмотренная в [3], является сложной и требует наличия мощного источника УФ излучения, например УФ лазера, работающего в УФ области спектра, и монохроматора с фоторегистрирующей системой для анализа фотолюминесценции.
Целью предлагаемой полезной модели является упрощение конструкции аппаратуры для измерений «желтой» фотолюминесценции полупроводниковых гетероструктур типа AlGaN/GaN.
Технический результат, получаемый при реализации предложенной полезной модели, заключается в том, что в конструкции, содержащей источник излучения с фокусирующей системой, позволяющей облучать лицевую поверхность исследуемого образца и линзу, позволяющую проектировать люминесцентное излучение на приемник фотолюминесценции, в качестве источника излучения используется светодиод, генерирующий УФ излучение с встроенной фокусирующей системой в виде линзы, пропускающей УФ излучение, а возникающая под действием облучения лицевой поверхности образца фотолюминесценция проектируется на фотолюминесцентный приемник, причем перед фотолюминесцентным приемником установлены два сменных фильтра на диапазоны длин волн от 530-550 нм и 340-360 нм.
Кроме того устройство отличается тем, что в качестве фотолюминесцентного приемника используется кремниевый фотодиод.
Устройство может отличаться и тем, что в качестве фотолюминесцентного приемника используется фотоэлектронный умножитель (ФЭУ).
Для увеличения потока фотолюминесцентного излучения можно установить за обратной стороной измеряемого образца зеркало, направляющее УФ излучение, к фотолюминесцентному приемнику.
Полезная модель устройства для контроля фотолюминесценции гетероструктур иллюстрируется фиг. 1.
На фиг. 1: 1 - исследуемый образец гетероструктуры, например исследуемый образец гетероструктуры типа AlGaN/GaN/SiC (в состав аппаратуры не входит); 2 - ультрафиолетовый (УФ) светодиод с фокусирующей системой в виде линзы, пропускающей УФ излучение; 3 - линза, фокусирующая фотолюминесцентное излучение исследуемого образца на фотолюминесцентный приемник 4; 5 и 6 - два сменных фильтра, пропускающих фотолюминесцентное излучение, соответственно, при длинах волн в диапазоне от 530-550 нм и в диапазоне 340-360 нм; 7 - зеркало, располагаемое за обратной стороной исследуемого образца и отражающее идущее к обратной стороне образца гетероструктуры фотолюминесцентное излучение к линзе 3 и фотолюминесцентному приемнику 4; 8 - система питания УФ светодиода; 9 - система, регистрирующая сигнал фотолюминесцентного приемника 4.
Аппаратура функционирует следующим образом.
При падении УФ излучения от светодиода 2 на исследуемый образец 1 возникает, как собственная фотолюминесценция (переходы «зона»-«зона»), так и примесная «желтая» люминесценция. При введении фильтра 5 перед фотолюминесцентным приемником фиксируется только примесная (желтая) фотолюминесценция в диапазоне длин волн 530-550 нм с максимумом при 540 нм, при введении фильтра 6 фиксируется «собственная» фотолюминесценция, связанная с переходами «зона-зона» в диапазоне 340-360 нм с максимумом при 350 нм. Таким образом, можно измерять сигналы собственной и примесной фотолюминесценции. По отношению величин сигналов примесной и собственной фотолюминесценции судят о качестве гетероструктуры.
Литература
1. Васильев А.Г., Колковский Ю.В., Концевой Ю.А. СВЧ приборы и устройства на широкозонных полупроводниках. Москва: Техносфера, 2011, стр. 285.
2. Стандарт ASTM F 358-83 (Reapproved 1996)el «Standard Test Method for Wavelength of Peak Photoluminescence and the Corresponding Composition of Gallium Arsenide Phosphide Wafers»
3. Saarinen K., Laine T., Kuisma S. ET AL. // Phys. Rev. Lett. 1997, V.79, p. 3030-3033