專利名稱：Led外延片非接觸式測試裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體測試領域，涉及ー種半導體材料的激光激發熒光與白光反射的同步測量裝置，更具體的說涉及LED外延片非接觸式測試裝置。
背景技術：
自上世紀六十年代以來，LED (Light Emitting Diode)以其固有的特點，如無污染、節能、耐振動、響應速度快、應用靈活等特點，正在被越來越多的用于生活的各個領域。但是，長期以來，對生產LED的基礎材料半導體光電材料的檢測，都沒有理想的檢測設備，檢測能力的高低已經成為廠商生產能力的重要決定因素。鑒于此，提出一種對半導體光致發光材料的快速、有效、低成本、無損檢測方法和設備，將十分迫切。隨著科研人員和工程技術人員的共同努力，業內已經取得了一定的成果。對于半導體光電材料，評價其性能及了解其內部各種機理的重要手段是光致發光測試。光致發光的原理當短波長的光照射到某光 致發光材料上時，處于低能級上的電子在吸收ー個光子的能量后被激發到高能級。由于處于高能級的電子是不穩定的，它會向低能級躍遷并同時發出ー個光子，因此當用短波照射樣品時，樣品會有光致發光現象；熒光的波長和強度直接與樣品的能帶結構和其他ー些物理性質有夫。雖然在外延片使用中人們利用的是電致發光效應，但由于光譜分布只與樣品的能帶有關，因此光致發光和電致發光的光譜是一致的；同時由于影響材料光致發光的因素同時影響電致發光，所以可以用測量半導體材料光致發光強度來表示光致發光材料的電致發光強度。白光測膜厚原理現有一束白光斜射入半導體材料后，會有反射光在表面反射，一部分光折射進入薄膜后反射，反射的光經過再次折射后和第一次反射部分的光有一個疊加的效果，疊加后的光譜經顯像就成明暗相間的條紋，經過光譜儀分光后，可看到是有波峰和波谷的周期性的曲線。不同的膜厚測出的周期T不同，周期T經轉化換算可得到膜厚的測量值。在1999年09月22日中國專利文獻公開了ー種名稱為“光致發光光譜掃描成像儀”公告號CN2340001的實用新型專利技木，該技術由計算機控制電路、激光器、聚焦透鏡、反射鏡、掃描臺、吸盤、真空泵、光譜儀和顯示器組成。聚焦透鏡和反射鏡置于激光器和掃描臺之間，聚焦透鏡置于光譜儀與反射鏡之間，計算機控制電路置于顯示器與光譜儀之間，掃描臺由步進馬達驅動，吸盤固定在掃描臺上，真空泵與吸盤相連。該技術的缺陷在于結構松散，不利于光路的調節，而且此裝置只完成了利用激光對半導體樣品的測試，如果需要白光對半導體樣品測試的結果，需要另外ー套光路或者另外ー個裝置。這種裝置既浪費時間也不利于數據的分析，嚴重影響了測試的效率。
實用新型內容本實用新型根據上述現有技術的不足之處，提出ー種對半導體材料的測試裝置，通過白光和激光對半導體材料的同時入射，實現測量數據的同時采集。本實用新型目的實現由以下技術方案完成本實用新型裝置主要包括在支撐板2上固定的光譜儀3、收光裝置4、激光器安裝架5、激光器6、分光鏡裝置7、濾光片裝置8、中央開孔反射鏡9、聚光裝置10、白光源11、樣品12安裝架、光路安裝座13，所述白光源的出光ロ接光纖，光纖的另一端接所述濾光裝置中的準直鏡頭；所述光譜儀3的進光ロ接光纖，光纖的另一端接所述收光裝置4中的收光光纖固定座，激光器安裝架5垂直固定于光路安裝座之上，使得激光光軸與分光鏡的表面成45°夾角，濾光裝置8水平固定于光路安裝座13之上，使得從光纖進來白光的軸線經濾光片后與分光鏡中心相交且與分光鏡表面成45°夾角，分光鏡裝置7固定于光路安裝座13之上，使得分光鏡座的通光孔與激光器的光軸同軸，且經分光鏡透射的激光和透過濾光片后再經分光鏡反射的白光同時穿過中央開孔反射鏡9的中心通光孔，聚光裝置10安裝于光路安裝座13之上，使得垂直于聚光裝置10的聚光透鏡表面的某一法線與中央開孔反射鏡9的中央孔軸線重合，中央開孔反射鏡9位于分光鏡裝置7和聚光裝置10之間，透過分光鏡的激光軸線及被分光鏡反射的白光軸線與中央開孔反射鏡表面成45°夾角，且二者交于中央開孔反射鏡裝置的開孔處，收光裝置4固定于光路安裝座13之上，使得收光裝置4位干與中央開孔反射鏡9表面成45°的某ー軸線上，濾光片裝置包括白光固定座801、濾光片壓環802、濾光片803、準直鏡座804、準直鏡頭805、光纖806，光纖806安裝于準直鏡頭(805)內并由其抱死，準直鏡頭805安裝于白光固定座801的一端并被白光固定座801 抱死，濾光片803安裝于白光固定座801另ー端的內部，并由濾光片壓環靠螺紋連接壓緊固定，使得從光纖進來的白光的軸線與通過濾光片803表面且垂直于濾光片表面的某一法線同軸；所述分光鏡裝置7包括分光鏡座701、分光鏡702、分光鏡壓環703，分光鏡702安裝于分光鏡壓環703的凹槽內，分光鏡壓環703固定于分光鏡座701并壓緊分光鏡702 ;所述聚光裝置包括定位銷101、鏡架彈簧102、無油襯套103、聚光透鏡壓環104、聚光透鏡105、聚光透鏡套106、聚光透鏡法蘭107，聚光透鏡105安裝于聚光透鏡套106的凹槽內并由聚光透鏡壓環(104)壓緊，所述無油襯套103安裝于聚光透鏡套106兩側的小孔內，聚光透鏡套106有外螺紋，聚光透鏡法蘭107有內螺紋，聚光透鏡套106和激光透鏡法蘭107靠螺紋連接，定位銷101穿過鏡架彈簧102再穿過無油襯套106固定于光路安裝座13之上，使得當旋轉聚光透鏡法蘭107時，聚光透鏡套106能夠在定位銷101的導向作用下上下移動；所述中央開孔反射鏡9裝置包括中央開孔反射鏡固定座901、中央開孔反射鏡902、高精度螺柱903、高精度螺母904、拉伸彈簧固定擋柱905、拉伸彈簧906、中央開孔反射鏡移動座907，中央開孔反射鏡固定座901固定于光路安裝座13之上，中央開孔反射鏡固定于中央開孔反射鏡移動座的凹槽內，拉伸彈簧906兩端各有ー個拉伸彈簧固定擋柱905將其拉伸固定，高精度螺母904安裝于中央開孔反射鏡移動座907的兩端光孔內，高精度螺柱903的底端和中央開孔反射鏡固定座901接觸；所述收光裝置包括光纖401、收光光纖固定座402、聚光透鏡403、聚光透鏡壓環404，其中，光纖401安裝于收光光纖固定座402的一端并由其抱死，聚光透鏡(403)安裝于收光光纖固定座402的另一端的凹槽內，凹槽內壁有內螺紋，所述聚光透鏡壓環(404)有外螺紋，利用螺紋連接將聚光透鏡403壓緊；所述的激光器連同于激光器安裝架水平安裝于分光鏡的ー側，并使得激光光軸交于分光鏡的中心且與分光鏡表面成45° ,濾光片裝置垂直安裝于分光鏡的上方,并使得經濾光片后的白光光軸交于分光鏡的中心且與分光鏡表面成45°。本實用新型的優點是由于采用了上述技術方案，本實用新型與現有技術相比，測試效率明顯提高，具有良好的經濟效益。
圖I是本實用新型裝置的總體立體圖；圖2是圖I中的濾光裝置爆炸圖；圖3是圖I中的分光鏡裝置爆炸圖；圖4是圖I中的聚光裝置爆炸圖；圖5是圖I中的中央開孔反射鏡裝置；圖6是圖I中的收光裝置爆炸圖。
具體實施方式
以下結合附圖通過實施例對本實用新型特征及其相關特征做進ー步說明如附圖1-8示意，圖中的標號分別表示I—支撐立柱、2—支撐板、3-光譜儀、4-收光裝置、401-光纖、402-收光光纖固定座、403-聚光透鏡、404-聚光透鏡壓環5-激光器安裝架、6-激光器、7-分光鏡裝置、701-分光鏡座、702-分光鏡、703-分光鏡壓環、8-濾光片裝置、801-白光固定座、802-濾光片壓環、803-濾光片、804-準直鏡座、805-準直鏡頭、806-光纖、9-中央開孔反射鏡裝置、901-中央開孔反射鏡固定座、902-中央開孔反射鏡、903-高精度螺柱、904-高精度螺母、905-拉伸彈簧固定擋柱、906-拉伸彈簧、907-中央開孔反射鏡移動座、10-聚光裝置、101-定位銷、102-鏡架彈簧、103-無油襯套、104-聚光透鏡壓環、105-聚光透鏡、106-聚光透鏡套、107-聚光透鏡法蘭、11-白光源、12-樣品、13-光路安裝座。本實用新型主要包括支撐立柱I、支撐板2、光譜儀3、收光裝置4、激光器安裝架
5、激光器6、分光鏡裝置7、濾光片裝置8、中央開孔反射鏡裝置9、聚光裝置10、白光源11、樣品12、光路安裝座13，其中，所述濾光片裝置8包括白光固定座801、濾光片壓環802、濾光片803、準直鏡座804、準直鏡頭805、光纖806 (圖中為光纖的一個端頭)。所述光纖安裝于準直鏡頭805內并由其抱死,準直鏡頭805安裝于白光固定座801的一端并被白光固定座801抱死，濾光片803安裝于白光固定座801另ー端的內部，并由濾光片壓環802靠螺紋連接壓緊固定，此結構保證了從光纖進來的白光的軸線與通過濾光片803表面且垂直于濾光片表面的某一法線同軸。其中濾光片803是要濾去白光中與激光在所測材料上激發的熒光光譜重疊的波段，保證在分析白光和激光激發熒光的波段特性時互不干渉，因此所選濾光片803要根據激光在所測材料上所激發的熒光波段而定；所述分光鏡裝置包括分光鏡座701、分光鏡702、分光鏡壓環703 ;所述分光鏡702安裝于分光鏡壓環703的凹槽內，所述分光鏡壓環703固定于分光鏡座701并壓緊分光鏡702,其中分光鏡是ー種光學窗片，其表面鍍有半透明的鏡狀膜，它能將一束光線分解為兩束，進而將部分入射光能量反射，吸收相對較小的一部分量，將其余的能量透射，具體透射多少反射多少視鍍膜的性質而定。此處利用的是透射部分激光和反射部分白光，具體選擇透射率多少的分光鏡視被測半導體材料的特性而定；所述聚光裝置10包括定位銷101、鏡架彈簧102、無油襯套103、聚光透鏡壓環104、聚光透鏡105、聚光透鏡套106、聚光透鏡法蘭107 ;所述聚光透鏡105安裝于聚光透鏡套106的凹槽內并由聚光透鏡壓環104壓緊，所述無油襯套103安裝于聚光透鏡套106兩側的小孔內，聚光透鏡套106有外螺紋，聚光透鏡法蘭107有內螺紋，聚光透鏡套106和激光透鏡法蘭107靠螺紋連接，所述定位銷101穿過鏡架彈簧102再穿過無油襯套106固定于光路安裝座13之上。當旋轉聚光透鏡法蘭107時，聚光透鏡套106能夠在定位銷101的導向作用下上下移動。利用此結構，可以很好的調節聚光透鏡105的焦點高度，并保證激光透鏡105的焦點始終在同一垂線上運動，鏡架彈簧102可以消除聚光透鏡套106和激光透鏡法蘭107之間的螺紋間隙，避免了機構振動時聚光透鏡105焦點高度的變化；所述中央開孔反射鏡裝直包括中央開孔反射鏡固定座901、中央開孔反射鏡902、聞精度螺柱903、高精度螺母904、拉伸彈簧固定擋柱905、拉伸彈簧906、中央開孔反射鏡移動座907 ;所述中央開孔反射鏡固定座901固定于光路安裝座13之上；所述中央開孔反射鏡固定于中央開孔反射鏡移動座的凹槽內；所述拉伸彈簧906兩端各有ー個拉伸彈簧固定擋柱905將其拉伸固定；所述高精度螺母904安裝于中央開孔反射鏡移動座907的兩端光孔內；所述高精度螺柱903的底端和中央開孔反射鏡固定座901接觸；旋轉所述高精度螺柱903，在拉伸彈簧906的作用下，可以很好的調節中央開孔反射鏡902的角度；所述收光裝置包括光纖401 (圖中顯示的是光纖的一個端頭)、收光光纖固定座402、聚光透鏡403、聚 光透鏡壓環404 ;所述光纖401安裝于收光光纖固定座(402)的一端并由其抱死,所述聚光透鏡403安裝于收光光纖固定座402的另一端的凹槽內，凹槽內壁有內螺紋，所述聚光透鏡壓環404有外螺紋，利用螺紋連接將聚光透鏡403壓緊；所述光路安裝座13固定于支撐板2上，所述光譜儀3和白光源11也同時固定于支撐板2上，所述支撐板2由四根支撐立柱支撐，所述支撐柱I固定于工作平臺上；所述白光源11發出的是標準光，白光源11的出光ロ接光纖，光纖的另一端接所述濾光裝置8中的準直鏡頭805 ;所述光譜儀3的進光ロ接光纖，光纖的另一端接所述收光裝置4中的收光光纖固定座402。此處采用光纖傳導，増加了白光源11和光譜儀3的固定位置的靈活性，同時也減少了外界對光路的干擾；所述激光器6固定于激光器架5之上，所述激光器架5垂直固定于光路安裝座13之上，并保證激光光軸與分光鏡702的表面成45°夾角，所述激光器6的發射波長范圍根據被測半導體材料的特性進行選定，如半導體材料的帶隙、外延結構等，從而提高光致發光測試能力及改變測試靈敏度；所述濾光裝置8水平固定于光路安裝座13之上，并保證從光纖進來白光的軸線經濾光片803后與分光鏡中心相交且與分光鏡702表面成45°夾角；所述分光鏡裝置7固定于光路安裝座13之上，并保證分光鏡座702的通光孔與激光器6的光軸同軸，且經分光鏡702透射的激光和透過濾光片803后再經分光鏡702反射的白光同時穿過中央開孔反射鏡902的中心通光孔；所述聚光裝置10安裝于光路安裝座13之上，并保證垂直于聚光透鏡105表面的某一法線與中央開孔反射鏡902的中央孔軸線重合；所述中央開孔反射鏡裝置9位于分光鏡裝置7和聚光透鏡裝置10之間，透過分光鏡702的激光軸線及被分光鏡702反射的白光軸線與中央開孔反射鏡902表面成45°夾角，且二者交于中央開孔反射鏡902裝置的開孔處；所述收光裝置4固定于光路安裝座13之上，并保證收光裝置4位干與中央開孔反射鏡902表面成45°的某ー軸線上，即保證了經中央開孔反射鏡902反射的熒光和白光軸線與收光裝置4中聚光透鏡105的軸線同軸；所述樣品12位于兩軸移動臺上(圖中未顯示)并位于支撐板2 (支撐板上開有通光孔，圖中未顯示)之下，且樣品13的上表面位于聚光透鏡105的焦平面內。此裝置中，因所有的光路部分結構都安裝于光路安裝座13之上，所以此裝置具有較好的一致性，減少了光路調節的時間，在測試相同的半導體材料時，只需調節一次并固定，以后無需調節。[0016]進ー步說明如下以測試CaN藍寶石襯底的外延片為例說明，激光器選擇半導體型的，所發射波長為405nm，濾光片選擇濾去600nm以下波段的濾光片，分光鏡選擇反射和透射各占50%的分光鏡。將外延片樣品放置于兩軸移動臺上，調節兩軸移動臺使外延片樣品上其中一點位于聚焦透鏡的焦點上；開激光器和白光源，激光垂直照射到分光鏡的中心并透射部分激光，白光經光纖傳導到準直鏡頭，再經濾光片濾去600nm以下波段后水平入射分光鏡的中心，在分光鏡作用下反射的部分白光和投射的激光同時穿過中央開孔反射鏡的中心孔，經聚光透鏡后將白光和激光聚焦到樣品上，激光照射到樣品上激發出熒光，白光照射到樣品上發生反射，樣品上被激發的熒光和反射的白光經中央開孔反射鏡反射后改變傳輸方向并進入收光裝置。經光纖傳導，被激發的熒光和反射的白光進入光 譜儀，這樣外延片樣品其中一點的數據即被采集，在兩軸移動臺的移動中，整個外延片樣品的數據即被逐點采集。光譜儀將采集到的數據(如激光測試獲得的積分光強、峰值波長、半寬、主波長，白光測試獲得的膜厚、反射率、DBR等)導入計算機系統處理即可將測試結果顯示于光譜中，由于熒光波長和反射的白光波長不同，所以激光測試的結果和白光測試的結果將分屬于不同的波段顯示于波形圖像中，實現了激光和白光對外延片樣品的同時測量。]需要說明的是，本實用新型也可以做以下改變激光器連同于激光器安裝架水平安裝于分光鏡的ー側，并保證激光光軸交于分光鏡的中心且與分光鏡表面成45° ,濾光片裝置垂直安裝于分光鏡的上方，并保證經濾光片后的白光光軸交于分光鏡的中心且與分光鏡表面成45°。改變后的裝置同樣可以獲得相同的測試效果。雖然以上已經參照附圖對按照本實用新型目的的構思作了詳盡說明，但本領域技術人員可以認識到，在沒有脫離權利要求限定范圍的前提條件下，仍然可以對本實用新型作出各種改進和變換，而這種改進和變換仍然應當屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1.LED外延片非接觸式測試裝置，其特征在于，主要包括在支撐板(2)上固定的光譜儀(3)、收光裝置(4)、激光器安裝架(5)、激光器(6)、分光鏡裝置(7)、濾光片裝置(8)、中央開孔反射鏡(9)、聚光裝置(10)、白光源(11)、樣品(12)安裝架、光路安裝座(13)，其中，白光源(11)的出光ロ接光纖，光纖的另一端接濾光片裝置(8)中的準直鏡頭，光譜儀(3)的進光ロ接光纖，光纖的另一端接收光裝置(4)中的收光光纖固定座，激光器安裝架(5)垂直固定于光路安裝座之上，并保證激光光軸與分光鏡的表面成45°夾角，濾光裝置(8)水平固定于光路安裝座(13)之上，使得從光纖進來白光的軸線經濾光片后與分光鏡中心相交且與分光鏡表面成45°夾角，分光鏡裝置(7)固定于光路安裝座(13)之上,使得分光鏡座的通光孔與激光器的光軸同軸，且經分光鏡透射的激光和透過濾光片后再經分光鏡反射的白光同時穿過中央開孔反射鏡(9)的中心通光孔，聚光裝置(10)安裝于光路安裝座(13)之上，使得垂直于聚光透鏡表面的某一法線與中央開孔反射鏡的中央孔軸線重合，中央開孔反射鏡(9)位于分光鏡裝置(7)和聚光透鏡裝置(10)之間，透過分光鏡的激光軸線及被分光鏡反射的白光軸線與中央開孔反射鏡表面成45°夾角，且二者交于中央開孔反射鏡裝置的開孔處，收光裝置(4)固定于光路安裝座(13)之上，使得收光裝置位干與中央開孔反射鏡表面成45°的某ー軸線上。
2.如權利要求I所述的LED外延片非接觸式測試裝置，其特征在于，所述濾光片裝置包括白光固定座(801)、濾光片壓環(802)、濾光片(803)、準直鏡座(804)、準直鏡頭(805)、光纖(806),光纖(806)安裝于準直鏡頭(805)內并由其抱死，準直鏡頭(805)安裝于白光固定座(801)的一端并被白光固定座(801)抱死，濾光片(803)安裝于白光固定座(801)另ー端的內部，并由濾光片壓環靠螺紋連接壓緊固定，使得從光纖進來的白光的軸線與通過濾光片(803)表面且垂直于濾光片表面的某一法線同軸。
3.如權利要求I所述的LED外延片非接觸式測試裝置，其特征在于，所述分光鏡裝置(7)包括分光鏡座(701)、分光鏡(702)、分光鏡壓環(703)，分光鏡(702)安裝于分光鏡壓環(703)的凹槽內，分光鏡壓環(703)固定于分光鏡座(701)并壓緊分光鏡(702)。
4.如權利要求I所述的LED外延片非接觸式測試裝置，其特征在于，所述聚光裝置包括定位銷(101)、鏡架彈簧(102)、無油襯套(103)、聚光透鏡壓環(104)、聚光透鏡(105)、聚光透鏡套(106)、聚光透鏡法蘭(107)，聚光透鏡(105)安裝于聚光透鏡套(106 )的凹槽內并由聚光透鏡壓環(104)壓緊，所述無油襯套(103)安裝于聚光透鏡套(106)兩側的小孔內，聚光透鏡套(106)有外螺紋，聚光透鏡法蘭(107)有內螺紋，聚光透鏡套(106)和激光透鏡法蘭(107)靠螺紋連接，定位銷(101)穿過鏡架彈簧(102)再穿過無油襯套(106)固定于光路安裝座(13)之上，使得當旋轉聚光透鏡法蘭(107)時，聚光透鏡套(106)能夠在定位銷(101)的導向作用下上下移動。
5.如權利要求I所述的LED外延片非接觸式測試裝置，其特征在于，所述中央開孔反射鏡(9)裝置包括中央開孔反射鏡固定座(901)、中央開孔反射鏡(902)、高精度螺柱(903)、高精度螺母(904)、拉伸彈簧固定擋柱(905)、拉伸彈簧(906)、中央開孔反射鏡移動座(907)，中央開孔反射鏡固定座(901)固定于光路安裝座(13)之上，中央開孔反射鏡固定子中央開孔反射鏡移動座的凹槽內，拉伸彈簧(906)兩端各有ー個拉伸彈簧固定擋柱(905)將其拉伸固定，高精度螺母(904)安裝于中央開孔反射鏡移動座(907)的兩端光孔內，高精度螺柱(903)的底端和中央開孔反射鏡固定座(901)接觸。
6.如權利要求I所述的LED外延片非接觸式測試裝置，其特征在于，所述收光裝置包括光纖(401)、收光光纖固定座(402)、聚光透鏡(403)、聚光透鏡壓環(404)，其中，光纖(401)安裝于收光光纖固定座(402)的一端并由其抱死，，聚光透鏡(403)安裝于收光光纖固定座(402)的另一端的凹槽內，凹槽內壁有內螺紋，所述聚光透鏡壓環(404)有外螺紋，利用螺紋連接將聚光透鏡(403)壓緊。
7.如權利要求I所述的LED外延片非接觸式測試裝置，其特征在于，所述的激光器連同 于激光器安裝架水平安裝于分光鏡的ー側，并使得激光光軸交于分光鏡的中心且與分光鏡表面成45° ,濾光片裝置垂直安裝于分光鏡的上方,并使得經濾光片后的白光光軸交于分光鏡的中心且與分光鏡表面成45°。
專利摘要本實用新型涉及半導體測試領域，涉及一種半導體材料的激光激發熒光與白光反射的同步測量裝置，更具體的說涉及LED外延片非接觸式測試裝置。本實用新型裝置包括在支撐板(2)上固定的光譜儀(3)、收光裝置(4)、激光器安裝架(5)、激光器(6)、分光鏡裝置(7)、濾光片裝置(8)、中央開孔反射鏡(9)、聚光裝置(10)、白光源(11)、樣品(12)安裝架、光路安裝座(13)。本實用新型的優點是由于采用了上述技術方案，本實用新型與現有技術相比，測試效率明顯提高，具有良好的經濟效益。
文檔編號G01N21/64GK202599839SQ20122018592
公開日2012年12月12日 申請日期2012年4月27日 優先權日2012年4月27日
發明者郭金源, 徐杰 申請人:北京中拓機械有限責任公司