氮化镓外延片发光性能检测

检测项目

发光峰值波长、半高宽(FWHM)、积分发光强度、内量子效率(IQE)、外量子效率(EQE)、辐射复合寿命、非辐射复合寿命、载流子浓度/迁移率(霍尔效应)、缺陷态密度(DLTS/深能级瞬态谱)、位错密度(阴极荧光/CL)、表面粗糙度(AFM)、薄膜厚度(椭圆偏振/反射谱)、应力/应变状态(拉曼光谱)、组分均匀性(EDS/mapping)、掺杂浓度(SIMS)、界面态密度(C-V)、激子结合能、带隙能量、黄光带(YL)强度比、紫外带(UV)强度比、热猝灭特性、光衰特性(老化测试)、空间均匀性(mapping)、时间分辨光谱(TRPL)、变温PL光谱、变功率PL光谱、偏振相关发光特性、吸收系数、反射率/透射率、俄歇复合系数。

检测范围

蓝宝石衬底GaN外延片、SiC衬底GaN外延片、硅衬底GaN外延片(硅基GaN)、GaN自支撑衬底同质外延片、AlGaN/GaN超晶格外延片、InGaN/GaN多量子阱(MQW)外延片、AlN缓冲层/GaN外延片、掺杂型GaN外延片(n型/p型/Mg掺杂/Si掺杂)、非故意掺杂(u-GaN)外延片、低维GaN纳米结构外延片(纳米线/量子点)、图案化衬底GaN外延片(PSS)、厚膜GaN外延片(>10μm)、薄膜GaN外延片(<2μm)、异质结结构(GaN-on-Si,GaN-on-Sapphire等)、HVPE法生长GaN外延片、MOCVD法生长GaN外延片、MBE法生长GaN外延片、高阻GaN外延片、半绝缘GaN外延片、梯度组分AlGaN外延片、InAlGaN四元合金外延片、GaN基HEMT结构外延片(含势垒层)、微盘结构GaN外延片、V形坑缺陷调控GaN外延片、选择性区域生长(SAG)GaN外延片、掩埋式异质结GaN外延片、多孔GaN模板上再生长外延片。

检测方法

光致发光光谱法(PL)：使用特定波长激光器（如325nmHe-Cd激光器或266nm固体激光器）激发样品，通过高分辨率光谱仪收集并分析其自发发射光谱。用于测定发光峰值波长、半高宽(FWHM)、积分强度及黄光带(YL)/紫外带(UV)强度比，评估材料带隙结构及缺陷态密度。

时间分辨光致发光法(TRPL)：采用超短脉冲激光激发样品，利用单光子计数或条纹相机技术记录荧光衰减曲线。通过拟合衰减动力学过程获取辐射与非辐射复合寿命，直接计算内量子效率(IQE)，是评估材料质量与载流子动力学的核心手段。

电致发光测试法(EL)：在外延片上制备透明电极或微电极结构，施加正向偏压注入载流子。通过显微成像系统和高灵敏度探测器获取EL光谱及空间分布图(mapping)，评估器件有源区效率及均匀性。

变温光致发光法(Temperature-dependentPL)：在低温恒温器（4K-500K）环境中进行PL测试。通过分析峰值能量随温度变化的“S形”曲线及热猝灭行为，研究局域化效应深浅和激活能。

阴极荧光光谱法(CL)：在扫描电子显微镜(SEM)中利用电子束激发样品表面微小区域（分辨率可达纳米级），收集发射光信号。结合SEM形貌像进行定位分析，用于表征位错等缺陷相关的非辐射复合中心分布。

霍尔效应测试(HallEffect)：采用范德堡法在特定温度下测量样品的电阻率、载流子浓度和迁移率。需制备欧姆接触点阵电极，为分析材料电学性能与发光效率关联提供基础数据。

深能级瞬态谱法(DLTS)：通过电容瞬态响应分析半导体中深能级陷阱的浓度和俘获截面。需制备肖特基势垒或PN结结构，用于定量表征影响复合效率的深能级缺陷。

X射线衍射法(XRD)：高分辨率XRD（如HRXRD,ReciprocalSpaceMapping）精确测定晶格常数和应变状态。摇摆曲线半高宽反映晶体质量与位错密度。

原子力显微镜(AFM)：接触或轻敲模式扫描样品表面形貌，获取均方根粗糙度(RMS)和位错露头点信息。

二次离子质谱(SIMS)：通过离子束溅射逐层剥离样品并分析溅射离子成分，实现掺杂元素（Si,Mg等）深度分布及杂质浓度的精确测量。

检测标准

GB/T38958-2020氮化镓单晶位错密度的测定阴极荧光光谱法

SJ/T11900-2023氮化镓单晶衬底及外延层结晶质量测试方法

SJ/T11901-2023氮化镓材料中载流子浓度的测试拉曼光谱法

IEC62969-5:2021Semiconductordevices-Micro-electromechanicaldevices-Part5:Measurementmethodsofgalliumnitridebasedmaterials(Opticalproperties)

ASTMF3128-19StandardGuideforEvaluatingOpticalPropertiesofElectronicMaterialsUsingPhotoluminescence

JISC8936:2019Measurementmethodsforinternalquantumefficiencyofinorganiclight-emittingdiodewafersusingphotoluminescence

GB/T35031.3-2018半导体材料及电子学特性测量方法第3部分：深能级瞬态谱法

SJ/T11495-2015Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料光致发光测试方法

ISO18554:2016Surfacechemicalanalysis-Electronspectroscopies-Proceduresforidentifying,estimatingandcorrectingforunintendeddegradationbyX-raysinamaterialundergoinganalysisbyX-rayphotoelectronspectroscopy(涉及表面态对发光影响)

GB/T32281-2015半导体材料中杂质元素的测定二次离子质谱法

检测仪器

显微共聚焦光致发光光谱系统：集成激光光源（连续/脉冲）、显微物镜（紫外波段优化）、高分辨率光谱仪（焦长≥750mm）及液氦闭循环低温恒温台（4K-500K）。核心用于微区PL/TRPL测试及Mapping成像。

电致发光测试平台：包含精密探针台（可加热/制冷）、低噪声电流源表（SourceMeterUnit）、显微成像透镜组及高灵敏度光谱仪（CCD/InGaAs探测器）。支持微区EL光谱采集及效率分析。

时间分辨荧光光谱仪：采用飞秒/皮秒脉冲激光器（如钛宝石激光器）、单光子雪崩二极管(SPAD)或条纹相机作为探测器系统。时间分辨率可达皮秒量级，专用于TRPL寿命测量。

低温阴极荧光系统(CL)：集成于场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)，配备液氦冷台（最低5K）及高传输效率光收集系统（椭球镜/光纤耦合）。实现纳米尺度缺陷发光定位分析。

霍尔效应测试系统：配备高磁场电磁铁（≥1T）、精密恒流源/纳伏表及真空低温杜瓦（77K-400K）。采用范德堡配置自动测量电阻率/载流子参数。

深能级瞬态谱仪(DLTS)：包含快速电容计（1MHz）、程控温控系统（80K-500K）及脉冲发生器。通过瞬态信号傅里叶变换分析深能级陷阱特征参数。

高分辨率X射线衍射仪(HRXRD)：配置四晶单色器与多通道探测器（如PIXcel3D），具备ω-2θ扫描与倒易空间映射功能。精确测定晶格应变与位错密度。

原子力显微镜(AFM)：采用轻敲模式(TappingMode)或接触模式(ContactMode)，配备高刚性悬臂探针（弹性常数~40N/m）。用于亚纳米级表面形貌与粗糙度表征。

傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)：配备液氮冷却MCT探测器及显微附件。用于透射/反射模式下的光学常数（吸收系数/折射率）测量。

二次离子质谱仪(SIMS)：采用磁扇型或飞行时间型质谱仪(TOF-SIMS)，配置Cs+/O+双离子源溅射枪。实现ppb级杂质深度剖析与掺杂浓度标定。

检测服务范围

1、指标检测：按国标、行标及其他规范方法检测

2、仪器共享：按仪器规范或用户提供的规范检测

3、主成分分析：对含量高的组分或你所规定的某种组分进行5~7天检测。

4，样品前处理：对产品进行预处理后，进行样品前处理，包括样品的采集与保存，样品的提取与分离，样品的鉴定以及样品的初步分析，通过逆向剖析确定原料化学名称及含量等共10个步骤;

5、深度分析：根据成分分析对采购的原料标准品做准确的定性定量检测，然后给出参考工艺及原料的推荐。最后对产品的质量控制及生产过程中出现问题及时解决。

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