光散射学报, 2016, 28 (3): 214, 网络出版: 2016-11-30  

结合椭圆偏振光谱与傅里叶红外光谱的宽禁带半导体薄膜光学特性表征

Characterization of Optical Properties of Wide Band Gap Semiconductor Thin Film with the Combination of Ellipsometry and Infrared Spectrum
作者单位
1 华南师范大学光电子材料与技术研究所,广州 510631
2 中山大学光电材料与技术国家重点实验室,物理学院,广州 510275
3 广西大学物理科学与工程技术学院,广西相对论天体物理重点实验室,光电子材料与探测技术实验室,南宁 530004
4 马来西亚大学机械工程系,马来西亚 吉隆坡 50603
5 奥本大学物理学院,美国 奥本36849
6 西北工业大学理学院,教育部空间应用物理与化学重点实验室,陕西省光信息技术重点实验室,西安710072
摘要
宽禁带半导体薄膜,包括碳化硅,氮化镓和氧化锌及其化合物以及异构体,带隙普遍在3.2 eV以上,一阶声子特征峰在100至1500 cm-1之间。确定能带宽度和声子特征峰有很多方法,比如光致发光、拉曼散射、光学透射谱等,我们提出了一种结合椭圆偏振光谱与红外傅里叶反射谱进行传输矩阵分析的方法,能够同时确定从紫外波段(约250 nm)到远红外波段(约22000 nm)的薄膜材料色散关系和膜厚。我们构建了基于谐振子的光学函数模型,并论证这个模型很适合用于模拟由各种不同波长入射光波造成的共振吸收。
Abstract
Wide band gap semiconductor films,including silicon carbide (SiC),gallium nitride (GaN),zinc oxide (ZnO) and their compounds and isomers,posess a band gap larger than 3.2 eV,and the characteristic phonon peak lies between 100 and 1500 cm-1.There are many methods to determine the band width and the characteristic phonon peaks,such as photoluminescence,Raman scattering and optical transmission spectra etc. Here we propose a combination of spectroscopic ellipsometry and Fourier transform infrared reflection spectrum analysis by transfer matrix method,which can determine the dispersion spectra and film thickness simultaneously,ranging from ultra-violet (around 250 nm) to far infrared (about 22000 nm).We construct an optical function model based on harmonic oscillator,and demonstrate that the model is suitable for simulating the resonance absorption of incident light with various wavelengths.

谢灯, 丘志仁, 万玲玉, TIN Chin-che, 梅霆, 冯哲川. 结合椭圆偏振光谱与傅里叶红外光谱的宽禁带半导体薄膜光学特性表征[J]. 光散射学报, 2016, 28(3): 214. XIE Deng, QIU Zhi-ren, WAN Ling-yu, TIN Chin-che, MEI Ting, FENG Zhe-chuan. Characterization of Optical Properties of Wide Band Gap Semiconductor Thin Film with the Combination of Ellipsometry and Infrared Spectrum[J]. The Journal of Light Scattering, 2016, 28(3): 214.

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