LT7003B - Semiconductor optoelectronic devices characterization apparatus - Google Patents

Semiconductor optoelectronic devices characterization apparatus Download PDF

Info

Publication number
LT7003B
LT7003B LT2021573A LT2021573A LT7003B LT 7003 B LT7003 B LT 7003B LT 2021573 A LT2021573 A LT 2021573A LT 2021573 A LT2021573 A LT 2021573A LT 7003 B LT7003 B LT 7003B
Authority
LT
Lithuania
Prior art keywords
pulses
thz
test device
detector
laser
Prior art date
Application number
LT2021573A
Other languages
Lithuanian (lt)
Other versions
LT2021573A (en
Inventor
Tadas PAULAUSKAS
PAULAUSKAS Tadas
Arūnas KROTKUS
KROTKUS Arūnas
Ričardas NORKUS
NORKUS Ričardas
Ignas NEVINSKAS
NEVINSKAS Ignas
Original Assignee
Valstybinis mokslinių tyrimų institutas Fizinių ir technologijos mokslų centras
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valstybinis mokslinių tyrimų institutas Fizinių ir technologijos mokslų centras filed Critical Valstybinis mokslinių tyrimų institutas Fizinių ir technologijos mokslų centras
Priority to LT2021573A priority Critical patent/LT7003B/en
Publication of LT2021573A publication Critical patent/LT2021573A/en
Publication of LT7003B publication Critical patent/LT7003B/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J11/00Measuring the characteristics of individual optical pulses or of optical pulse trains
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02Details
    • G01J3/10Arrangements of light sources specially adapted for spectrometry or colorimetry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/2889Rapid scan spectrometers; Time resolved spectrometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/42Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28Investigating the spectrum
    • G01J3/42Absorption spectrometry; Double beam spectrometry; Flicker spectrometry; Reflection spectrometry
    • G01J3/433Modulation spectrometry; Derivative spectrometry
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3581Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using far infrared light; using Terahertz radiation
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35Non-linear optics
    • G02F1/3515All-optical modulation, gating, switching, e.g. control of a light beam by another light beam

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

The invention belongs to the field of measuring the spectral characteristics of semiconductor optoelectronic devices and can be used to study the performance characteristics of various optoelectronic components. The proposed apparatus includes a femtosecond laser, a mirror that divides the laser beam into two parts, where the higher intensity beam part is directed to the test device, and the lower intensity beam part activates the detector into which the radiation generated and reflected by the test device enters. In order to extend the measuring wavelength range and increase the accuracy of the spectral measurements, the apparatus has an optical parametric amplifier through which the part of the beam directed to the test device passes and in which a beam of variable wavelength femtosecond light pulses is generated. Once in the test device, this beam generates pulses of terahertz (THz) radiation, which, together with the pulses reflected from the device, enter a detector that registers the pulses of THz radiation. The apparatus determines the spectral characteristics of the device under investigation according to the shape of the THz pulses recorded in the detector over time.

Description

TECHNIKOS SRITISTECHNICAL FIELD

Šis išradimas priklauso puslaidininkinių optoelektronikos prietaisų spektrinių charakteristikų matavimo sričiai ir gali būti naudojamas tiriant įvairių optoelektronikos komponentų, įskaitant daugiasandūrinius saulės elementus, veikos charakteristikų matavimuose.This invention belongs to the field of measuring the spectral characteristics of semiconductor optoelectronic devices and can be used in the measurement of performance characteristics of various optoelectronic components, including multi-junction solar cells.

TECHNIKOS LYGISSTATE OF THE ART

Paprastai puslaidininkinių optoelektronikos prietaisų charakteristikos yra matuojamas apšviečiant prietaisą įvairaus bangos ilgio šviesos pluošteliu ir matuojant prietaiso kontaktuose atsiradusį elektrinį signalą. Tačiau tokiems optoelektroniniams prietaisams, kaip daugelio sandūrų saulės elementai (DSSE), monolitiškai integruoti viename darinyje, panašūs elektrinius kontaktus naudojantys matavimai yra neįmanomi, nes vidinių darinio sandūrų sluoksniai yra nepasiekiami. Todėl ši problema yra sprendžiama panaudojant kelis skirtingų bangos ilgių šviesos šaltinius.Usually, the characteristics of semiconductor optoelectronic devices are measured by illuminating the device with a light beam of various wavelengths and measuring the electrical signal generated at the contacts of the device. However, for optoelectronic devices such as multi-junction solar cells (DSSEs) monolithically integrated in a single device, similar measurements using electrical contacts are impossible because the inner junction layers of the device are inaccessible. Therefore, this problem is solved by using several light sources of different wavelengths.

Vienas tokių DSSE charakterizavimo įrenginių yra aprašytas darbe (S. W. Lim et al, „Analysis of spectral photocurrent response from multi-junction solar cells under variable voltage bias“, 2010 35th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, pp. 000712-000716, DOI: 10.1109/PVSC.2010.5617046). Įrenginys buvo panaudotas matuojant trijų sandūrų InGaP/InGaAs/Ge saulės elemento išorinio kvantinio našumo spektrus. Saulės elementas yra vienu metu apšviečiamas trimis skirtingais šviesos pluošteliais. Du intensyvūs lazerio pluošteliai (raudonas ir mėlynas) stipriai sužadina InGaP ir Ge p-n sandūras, todėl bendra fotosrovė tekanti per prietaisą yra ribojama InGaAs sandūros, kuri yra apšviečiama per monochromatorių mažesnio intensyvumo ksenono lempos pluošteliu. Šis pluoštelis yra mechaniškai karpomas, o fotosrovė yra registruojama sinchroniniu detektoriumi. Esant šiai eksperimento geometrijai, yra išmatuojamos vidurinės InGaAs sandūros charakteristikos; norint tokius tyrimus atlikti ir su likusiomis dviem p-n sandūromis, reikia atitinkamai parinkti skirtingų sandūrų optinės sugerties sritį atitinkančių bangos ilgių šviesos pluoštelių intensyvumus.One such DSSE characterization device is described in the paper (S.W. Lim et al, "Analysis of spectral photocurrent response from multi-junction solar cells under variable voltage bias", 2010 35th IEEE Photovoltaic Specialists Conference, pp. 000712-000716, DOI: 10.1109/PVSC .2010.5617046). The device was used to measure the external quantum performance spectra of a triple-junction InGaP/InGaAs/Ge solar cell. The solar cell is simultaneously illuminated by three different light beams. Two intense laser beams (red and blue) strongly excite the InGaP and Ge p-n junctions, so the total photocurrent flowing through the device is limited by the InGaAs junction, which is illuminated through the monochromator by a lower-intensity xenon lamp beam. This fiber is mechanically sheared, and the photocurrent is recorded by a synchronous detector. In this experimental geometry, the mid-InGaAs junction characteristics are measurable; in order to carry out such studies with the remaining two p-n junctions, it is necessary to select the intensities of light fibers of different wavelengths corresponding to the optical absorption region of the junctions accordingly.

Žinomo charakterizavimo įrenginio trūkumas yra neišvengiamas matuojamojo prietaiso temperatūros pokytis veikiant didelio intensyvumo šviesos pluošteliams, skirtiems nematuojamų p-n sandūrų įtakai eliminuoti. Tas temperatūros pokytis gali reikšmingai įtakoti ir tiriamosios sandūros charakteristikas, ir kitų DSSE darinyje esančių ribų tarp skirtingų medžiagų sluoksnių elektrinius parametrus. Be to, matavimo rezultatus gali paveikti ir liuminescencijos spinduliuotė iš stipriai sužadintų sandūrų su didesniu nei tiriamojoje sandūroje draustinių energijų tarpu.The disadvantage of a known characterization device is the inevitable temperature change of the measuring device under the influence of high-intensity light beams, designed to eliminate the influence of non-measurable p-n junctions. That temperature change can significantly influence both the characteristics of the tested junction and the electrical parameters of other boundaries between different material layers in the DSSE formation. In addition, the measurement results can be affected by the luminescence radiation from strongly excited junctions with a gap of reserve energies larger than that of the investigated junction.

Puslaidininkių ir iš jų pagamintų prietaisų elektrines ir optines charakteristikas tirti nenaudojant elektrinių kontaktų yra įmanoma pasitelkus trumpus terahercinės (THz) spinduliuotės impulsus. JAV patente US 9,450,536 B2 (2016. 09. 20) prototipas, yra aprašomi tokius impulsus panaudojantys puslaidininkių optoelektronikos prietaisų charakterizavimo būdas ir jį realizuojantis įrenginys. Įrenginį sudaro impulsinis lazeris, leidžiantis generuoti tris skirtingo bangos ilgio optinius impulsus ir naudojamas apšviečiant tiriamąjį DSSE, tų impulsų vėlinimo laike dalis, reikalinga išskiriant kiekvieno jų generuojamus THz spinduliuotės impulsus, ir THz impulsų detektavimo ir rezultatų apdorojimo dalys. Būdas yra paremtas THz spinduliuotės impulsų generavimo puslaidininkyje, apšviestame trumpu optiniu impulsu, reiškinio. Skirtingo bangos ilgio šviesa yra sugeriama skirtinguose DSSE sluoksniuose, o dėl šios sugerties atsiradę elektronai ir skylės bus veikiami atitinkamame sluoksnyje esančio vidinio elektrinio lauko ir perskiriami erdvėje vieni nuo kitų. Dėl šio persiskyrimo atsiradęs kintantis laike elektrinis dipolis yra pagrindinė spinduliuojamojo THz impulso atsiradimo priežastis. Iš THz impulso amplitudės galima įvertinti vidinio elektrinio lauko stiprį atskiruose DSSE darinį sudarančių medžiagų sluoksniuose. Šiuo būdu, pasitelkiant fokusuotą ir DSSE įrenginio paviršių skenuojantį THz impulsų generavimo spindulį, taip pat galima įvertinti skirtinguose gyliuose ir skirtingose įrenginio vietose esančius medžiagos defektus ir morfologinius pokyčius, kurie gali nulemti krūvininkų nespindulinę rekombinaciją bei vidinio elektrinio lauko pokyčius.It is possible to study the electrical and optical characteristics of semiconductors and devices made from them without the use of electrical contacts using short pulses of terahertz (THz) radiation. The US patent US 9,450,536 B2 (2016. 09. 20) prototype describes the method of characterization of semiconductor optoelectronic devices using such pulses and the device that implements it. The device consists of a pulsed laser that allows the generation of three optical pulses of different wavelengths and is used to illuminate the investigated DSSE, the part of the time delay of those pulses required to separate the THz radiation pulses generated by each of them, and the THz pulse detection and result processing parts. The method is based on the phenomenon of generation of THz radiation pulses in a semiconductor illuminated by a short optical pulse. Light of different wavelengths is absorbed in different DSSE layers, and the electrons and holes created due to this absorption will be affected by the internal electric field in the corresponding layer and separated in space from each other. The resulting time-varying electric dipole due to this splitting is the main reason for the appearance of the radiated THz pulse. From the amplitude of the THz pulse, it is possible to estimate the strength of the internal electric field in the individual layers of materials that make up the DSSE formation. In this way, with the help of the THz pulse generation beam focused and scanning the surface of the DSSE device, it is also possible to evaluate material defects and morphological changes located at different depths and in different places of the device, which can determine the non-radiative recombination of charge carriers and changes in the internal electric field.

Minėtame patente yra siūlomi keli šį charakterizacijos būdą galintys realizuoti įrenginiai. Pirmajame iš jų optinių impulsų šaltinis yra femtosekundinis lazeris; greta pagrindinio lazerio bangos ilgio impulso yra naudojami lazerio antrosios ir trečiosios harmonikų impulsai, gauti praleidus pagrindinį impulsą per atitinkamus netiesiškus optinius kristalus. Antrosios ir trečiosios harmonikų impulsai vėlinimo linijose yra užlaikomi laike pagrindinės harmonikos impulso atžvilgiu tam, kad detektorius galėtų registruoti kiekvieno jų generuojamo THz impulsų amplitudes atskirai.In the mentioned patent, several devices capable of realizing this method of characterization are proposed. In the first of them, the source of optical pulses is a femtosecond laser; next to the main laser wavelength pulse, second and third harmonic laser pulses are used, obtained by passing the main pulse through the corresponding nonlinear optical crystals. The second and third harmonic pulses in the delay lines are time-locked with respect to the fundamental harmonic pulse so that the detector can record the amplitudes of each of the THz pulses they generate separately.

Antrajame minėtajame JAV patente siūlomame įrenginio realizacijos variante optinių impulsų šaltiniu pasirinktas „baltas“, superkontinumą generuojantis femtosekundinis lazeris, kurio impulso spektras yra labai platus. Filtrais pasirenkamos trys skirtingos šio spektro dalys; jos leis gauti skirtingo bangos ilgio (ir ilgesnės už pradinę trukmės) optinius impulsus, kurie bus vėlinami ir naudojami apšviečiant DSSE panašiai, kaip tas daroma pirmojo realizacijos varianto atveju.In the second version of the device proposed in the aforementioned US patent, a "white", supercontinuum-generating femtosecond laser with a very wide pulse spectrum is selected as the source of optical pulses. Filters select three different parts of this spectrum; they will make it possible to obtain optical pulses of different wavelengths (and longer than the original duration), which will be delayed and used to illuminate the DSSE in a similar way as it is done in the case of the first embodiment.

Abu šie variantai yra sunkiai realizuojami. AMO Saulės spektras užima platų bangos ilgių ruožą nuo ~300 nm iki 1600 nm, didžiausio indėlio į elektronų ir skylių porų generavimą DSSE galime tikėtis šiauresniame ruože, kuriame rasime daugiausiai fotonų. Iš fotonų su įvairia energija skaičiaus pasiskirstymo Saulės AMO spektre matyti, kad techniškai įdomiausia yra šio spektro dalis, kurioje fotonų energijos yra tarp 1 eV ir 3 eV. Todėl, kalbant apie pirmąjį iš prototipe siūlomų variantų, kuriame matuojant yra pasitelkiami femtosekundinio lazerio pirmosios harmonikos bei padvigubinto ir patrigubinto jos dažnio impulsai, optimaliausias būtų 1 eV energijos šviesos kvantus generuojanti lazerinė sistema. Tokios sistemos rinkoje egzistuoja, jos remiasi aktyviosiomis terpėmis, legiruotomis Yb ar Nd jonais. JAV patente aptariamas Ti:safyro lazeris - plačiausiai iš visų femtosekundinių lazerių paplitęs prietaisas, netiks, nes jo kvanto energija yra ~1,5 eV, todėl trigubo dažnio fotonų energija sieks 4,5 eV - spektro ruožą, kuris Saulės energetikos požiūriu nėra aktualus.Both of these options are difficult to implement. The AMO Solar spectrum covers a wide range of wavelengths from ~300 nm to 1600 nm, we can expect the largest contribution to the generation of electron-hole pairs in the DSSE in the northern part, where we will find the most photons. From the distribution of the number of photons with various energies in the spectrum of the Solar AMO, it can be seen that the most technically interesting part of this spectrum is the part of the spectrum where photon energies are between 1 eV and 3 eV. Therefore, regarding the first of the options proposed in the prototype, in which the measurement uses the first harmonic of the femtosecond laser and the pulses of its doubled and tripled frequency, the most optimal would be a laser system generating light quanta of 1 eV energy. Such systems exist on the market and are based on active media doped with Yb or Nd ions. The Ti:sapphire laser discussed in the US patent - the most widespread of all femtosecond lasers - will not work, because its quantum energy is ~1.5 eV, so the energy of triple-frequency photons will reach 4.5 eV - a part of the spectrum that is not relevant from the point of view of solar energy.

„Baltos“ šviesos femtosekundinių impulsų spektras gali apimti ruožą nuo ~200 nm iki daugiau nei 1600 nm, tačiau tokie impulsai yra gaunami praleidus labai galingus pradinius, užkrato optinius impulsus per vienokią ar kitokią netiesišką optinę terpę: dujas ar skystį (R L. Fork, et al, „Femtosecond white-light continuum pulses“, Opt. Lett., 8, pp. 1-3 (1983), DOI:10.1364/OL.8.000001) ar kietąjį kūną, pavyzdžiui, amorfinį kvarcą (A. Saliminia et.al., „Ultra-broad and coherent white light generation in silica glass by focused femtosecond pulses at 1.5 pm“, Opt.Express, 13, pp. 57315738 (2005), DOI:10.1364/OPEX.13.005731). Dėl šios priežasties gaunama spektro forma bus stipriai įtakojama netiesiškos terpės optinių rezonansų, o įvairių spektro dalių intensyvumas labai skirsis.The spectrum of femtosecond pulses of "white" light can span from ~200 nm to more than 1600 nm, but such pulses are obtained by passing very powerful initial, contagion optical pulses through one or another nonlinear optical medium: gas or liquid (R L. Fork, et al, "Femtosecond white-light continuum pulses", Opt. Lett., 8, pp. 1-3 (1983), DOI:10.1364/OL.8.000001) or a solid such as amorphous quartz (A. Saliminia et al. al., "Ultra-broad and coherent white light generation in silica glass by focused femtosecond pulses at 1.5 pm", Opt.Express, 13, pp. 57315738 (2005), DOI:10.1364/OPEX.13.005731). For this reason, the resulting spectrum shape will be strongly influenced by the optical resonances of the nonlinear medium, and the intensity of various parts of the spectrum will vary greatly.

Dar vienas bendras prototipe siūlomo būdo ir įrenginių realizacijų trūkumas yra susijęs su kelių optinių impulsų sekos, kurioje atstumai tarp impulsų yra didesni už THz impulso generavimo trukmę, naudojimu. Pastarasis dydis yra apie 1 ps, tačiau krūvininkų gyvavimo trukmės saulės elementuose paprastai yra keliomis dydžių eilėmis ilgesnės, todėl nerekombinavę ar neištraukti j kontaktus elektronai sąlygos THz impulsų sugertį ir iškraipys matavimų rezultatus.Another common shortcoming of the method and device realizations proposed in the prototype is related to the use of a sequence of multiple optical pulses, in which the distances between the pulses are greater than the duration of the THz pulse generation. The latter value is about 1 ps, but the lifetime of charge carriers in solar cells is usually several orders of magnitude longer, so electrons without recombination or removal of j contacts will cause the absorption of THz pulses and distort the measurement results.

SPRENDŽIAMA TECHNINĖ PROBLEMATECHNICAL PROBLEM SOLVED

Šiuo išradimu siekiama praplėsti matuojamąjį bangos ilgių diapazoną ir padidinti spektrinių matavimų tikslumą bei sukurti nesunkiai realizuojamą įrenginį įvairių optoelektronikos komponentų, įskaitant daugiasandūrinius saulės elementus, veikos charakteristikų matavimui.The present invention aims to extend the measurable range of wavelengths and increase the accuracy of spectral measurements and to create an easily realized device for measuring the performance characteristics of various optoelectronic components, including multi-junction solar cells.

UŽDAVINIO SPRENDIMO ESMĖTHE ESSENCE OF SOLVING THE PROBLEM

Uždavinio sprendimo esmė yra pasiekiama pagal išradimą pasiūlytu puslaidininkių optoelektronokos prietaisų charakterizavimo įrenginiu, apimančiu femtosekundinį lazerį, pusiau skaidrų veidrodį, dalinantį lazerio pluoštelį j pirmąją pluoštelio dalį ir antrąją pluoštelio dalį, kuri yra didesnio intensyvumo nei pirmoji pluoštelio dalis ir yra nukreipta į tiriamąjį prietaisą, vėlinimo liniją, keičiančią pirmosios pluoštelio dalies optinį kelią, terahercinių impulsų detektorių, aktyvuojamą pirmosios pluoštelio dalies ir registravimo priemonę, kur įrenginys turi optinį parametrinį stiprintuvą, kuris išdėstytas lazerio pluoštelio antrosios dalies optiniame kelyje tarp pusiau skaidraus veidrodžio ir tiriamojo prietaiso, kur antroji didesnio intensyvumo femtosekundinio lazerio pluoštelio dalis patenka j optinį parametrinį stiprintuvą, sukuriantį kintamo bangos ilgio femtosekundinių šviesos impulsų pluoštelį, kuris nukreipiamas kampu į tiriamojo prietaiso paviršių, kur tiriamąjame prietaise sugeneruoti ir nuo jo atsispindėję teraherciniai (THz) spinduliuotės impulsai patenka į detektorių, kurį aktyvuoja praėjusi per vėlinimo liniją pirmoji pluoštelio dalis, o detektoriuje užregistruoti THz spinduliuotės impulsai patenka į registravimo priemonę, kuri nustato tiriamojo prietaiso spektrinę charakteristiką pagal detektoriuje užregistruotų THz impulsų formą laike.The essence of the solution to the problem is achieved by the characterization device for semiconductor optoelectronic devices proposed by the invention, which includes a femtosecond laser, a semi-transparent mirror, dividing the laser beam into the first part of the beam and the second part of the beam, which has a higher intensity than the first part of the beam and is directed to the test device. a line changing the optical path of the first part of the beam, a terahertz pulse detector, an activatable first part of the beam and a recording means, where the device has an optical parametric amplifier, which is placed in the optical path of the second part of the laser beam between the semi-transparent mirror and the test device, where the second higher intensity femtosecond laser part of the beam enters an optical parametric amplifier, which creates a beam of variable-wavelength femtosecond light pulses, which is directed at an angle to the surface of the test device, where the terahertz (THz) radiation pulses generated and reflected from the test device enter the detector, which is activated by the first pass through the delay line part of the fiber, and the THz radiation pulses registered in the detector enter the recording device, which determines the spectral characteristic of the test device according to the time shape of the THz pulses registered in the detector.

IŠRADIMO NAUDINGUMASUTILITY OF THE INVENTION

Tiriamojo optoelektronikos prietaiso spektrinis atsakas yra nustatomas matuojant THz impulsų formą, generuojamą tiriamajame prietaise, apšviestame įvairaus bangos ilgio optinio parametrinio stiprintuvo (OPS) impulsais. Surinktų duomenų analizė gali būti atliekama integruojant THz impulsų formą laike, arba pasitelkus kompiuterinį krūvininkų dinamikos ir THz generavimo modeliavimą įrenginyje. OPS generuojamų impulsų bangos ilgį galima keisti plačiame spektriniame ruože nedideliais žingsniais, todėl jo panaudojimas leidžia išplėsti spektrinės charakteristikos nustatymo diapazoną ir padidinti jos matavimo tikslumą.The spectral response of the test optoelectronic device is determined by measuring the shape of the THz pulses generated in the test device illuminated with pulses from an optical parametric amplifier (OPS) of various wavelengths. The collected data can be analyzed by integrating the shape of THz pulses in time, or by means of computer modeling of charge carrier dynamics and THz generation in the device. The wavelength of pulses generated by OPS can be changed in a wide spectral range in small steps, so its use allows to expand the range of determining the spectral characteristic and increase the accuracy of its measurement.

Skirtingo bangos ilgio OPS impulsai bus sugeriami skirtinguose tiriamojo prietaiso, pavyzdžiui DSSE, gyliuose - tuose sluoksniuose, kurių medžiagos draustinių energijų tarpas bus mažesnis nei OPS impulso kvanto energija. Femtosekundinis optinis impulsas sukurs atitinkamame sluoksnyje elektronus ir skyles, kurie, judėdami sluoksnyje esančiame vidiniame elektriniame lauke, bus erdvėje perskiriami vieni nuo kitų ir ekranuos jį. Ši lokali fotosrovė J keisis laike sukurdama kintantį laike elektrinį dipolj, kuris sąlygos elektromagnetinės spinduliuotės impulso atsiradimą. Kadangi maksimalus fotosrovės kitimas vyks per optinio impulso trukmę, viso generuojamo elektromagnetinio impulso trukmė irgi bus keli šimtai femtosekundžių, o paties impulso spektras atitiks THz dažnių ruožą. Tokių dažnių impulsai sklis erdvėje kvazioptiškai, todėl jų parametrus bus galima matuoti nenaudojant jokių elektrinių kontaktų, o pats pasiūlytasis įrenginys bus nesunkiai realizuojamas įvairių optoelektronikos komponentų veikos charakteristikų matavimui.OPS pulses of different wavelengths will be absorbed at different depths of the research device, for example, DSSE - in those layers, the gap between the reserve energies of the material will be smaller than the quantum energy of the OPS pulse. The femtosecond optical pulse will create electrons and holes in the corresponding layer, which, moving in the internal electric field in the layer, will be spatially separated from each other and shield it. This local photocurrent J will change in time, creating a time-varying electric dipole, which will cause the generation of an electromagnetic radiation pulse. Since the maximum variation of the photocurrent will take place during the duration of the optical pulse, the duration of the entire generated electromagnetic pulse will also be several hundred femtoseconds, and the spectrum of the pulse itself will correspond to the THz frequency range. Pulses of such frequencies will propagate in space quasi-optically, so their parameters will be able to be measured without using any electrical contacts, and the proposed device itself will be easily implemented for measuring performance characteristics of various optoelectronic components.

TRUMPAS BRĖŽINIŲ APRAŠYMASBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Pateikti brėžiniai neriboja išradimo apimties.The drawings presented do not limit the scope of the invention.

Fig. 1. Siūlomojo įrenginio principinė schema.Fig. 1. Schematic diagram of the proposed device.

Fig. 2. Žadinančio optinio impulso LP4 ir fotosrovės impulso J kitimas laike.Fig. 2. Time variation of exciting optical pulse LP4 and photocurrent pulse J.

Fig. 3. Terahercinio impulso amplitudės kitimas laike.Fig. 3. Time variation of the terahertz pulse amplitude.

Fig. 4. Optinio parametrinio stiprintuvo generuojamų impulsų trukmės priklausomybė nuo spinduliuotės bangos ilgio.Fig. 4. Dependence of the duration of the pulses generated by the optical parametric amplifier on the radiation wavelength.

Fig. 5. P-l-N diodų su i-sritimis iš GaAsBi (trikampiai), GaAs (juodi skrituliai) ir AIGaAs (kvadratai) THz emisijos spektrai sunormuoti j pastovų fotonų skaičių šviesos impulse.Fig. 5. THz emission spectra of P-l-N diodes with i-regions from GaAsBi (triangles), GaAs (black circles) and AIGaAs (squares) normalized to a constant number of photons in a light pulse.

Fig. 6. Tandeminio saulės elemento THz emisijos spektrai sunormuoti į pastovų fotonų skaičių šviesos impulse.Fig. 6. The THz emission spectra of the tandem solar cell are normalized to a constant number of photons in the light pulse.

IŠRADIMO REALIZAVIMO APRAŠYMASDESCRIPTION OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Pasiūlytas įrenginys apima femtosekundinj lazerį 1, kuris generuoja šviesos impulsus 2. Pusiau skaidriame veidrodyje 3 šviesos impulsų pluoštelis 2 yra padalijamas į dvi dalis: į pirmąją dalį 4, kuri yra mažesnio intensyvumo ir yra naudojama THz spinduliuotės impulsų detektoriui 5 aktyvuoti, ir didesnio intensyvumo antrąją dalį 6, patenkančią j optinį parametrinį stiprintuvą (OPS) 7. OPS 7 generuoja kintamo bangos ilgio femtosekundinės trukmės šviesos impulsus 8, kurie yra naudojami tiriamojo prietaiso 9 sužadinimui. J tiriamąjį prietaisą 9 šviesos impulsai 8 krinta 45° kampu; jų atspindžio kelyje yra detektorius 5, registruojantis dėl femtosekundinių šviesos impulsų sugerties tiriamajame prietaise 9 generuojamus THz spinduliuotės impulsus 10. Detektorius 5 gali būti fotolaidi antena, pagaminta iš jautraus pluoštelio 4 bangos ilgiui puslaidininkio su trumpesnėmis nei 1 ps krūvininkų gyvavimo trukmėmis, arba elektrooptinis Pokelso efektą turinčios medžiagos kristalas. Pirmoji pluoštelio dalis 4 per veidrodį 11 ir vėlinimo liniją 12 yra nukreipiama į detektorių 5. Detektoriuje užregistruoti THz spinduliuotės impulsai patenka į registravimo priemonę 13, kuri nustato tiriamojo prietaiso 9 spektrinę charakteristiką pagal detektoriuje užregistruotų THz impulsų formą laike.The proposed device includes a femtosecond laser 1 that generates light pulses 2. In a semi-transparent mirror 3, the light pulse beam 2 is split into two parts: the first part 4, which is of lower intensity and is used to activate the THz radiation pulse detector 5, and the second part of higher intensity part 6 entering the optical parametric amplifier (OPS) 7. OPS 7 generates light pulses 8 of variable wavelength femtosecond duration, which are used to excite the test device 9. The light pulses 8 fall at an angle of 45° to the test device 9; in their reflection path there is a detector 5, which registers the THz radiation pulses 10 generated due to the absorption of femtosecond light pulses in the test device 9. The detector 5 can be a photoconductive antenna made of a semiconductor sensitive to the wavelength of fiber 4 with charge carrier lifetimes shorter than 1 ps, or an electro-optic Pockels effect a crystal of the containing substance. The first part of the beam 4 is directed to the detector 5 through the mirror 11 and the delay line 12. The THz radiation pulses registered in the detector enter the recording device 13, which determines the spectral characteristic of the test device 9 according to the time shape of the THz pulses registered in the detector.

Priklausomai nuo praėjusio per OPS 7 pluoštelio 8 bangos ilgio, jis bus sugeriamas skirtingose tiriamojo optoelektroninio prietaiso 9 vietose - tose, kur medžiagos draustinių energijų tarpas bus mažesnis už pluoštelio 8 impulso fotonų energiją. Jei atitinkamoje dalyje bus vidinis elektrinis laukas, šviesos sugerties metu atsiradę nepusiausvyriniai krūvininkai sukurs greitai kintančios laike fotosrovės J(t) impulsą. Ši fotosrovė indukuos elektromagnetinės spinduliuotės impulsą, kurio charakteringi dažniai bus THz diapazone, taigi jis galės sklisti erdvėje kvazioptiškai, o jo amplitudė bus proporcinga fotosrovės išvestinei laike ETHz~dJ(t)/dt.Depending on the wavelength of the fiber 8 that passed through the OPS 7, it will be absorbed in different places of the optoelectronic device 9 under investigation - in those places where the gap between the reserve energies of the material will be lower than the energy of the pulse photons of the fiber 8. If there is an internal electric field in the corresponding part, the unbalanced charge carriers created during light absorption will create a pulse of photocurrent J(t) that changes rapidly in time. This photocurrent will induce a pulse of electromagnetic radiation with characteristic frequencies in the THz range, so it will be able to propagate in space quasi-optically, and its amplitude will be proportional to the time derivative of the photocurrent ETHz~dJ(t)/dt.

Pluoštelio 8 ir fotosrovės J kitimai laike yra pavaizduoti Fig. 2. Ethz kitimas laike yra pavaizduotas Fig. 3. Kaip matyti iš šių paveikslėlių, THz impulso 10 amplitudė pasiekia savo maksimumą per optinio impulso trukmę, kuomet fotosrovės kitimas laike yra pats didžiausias. Be to, ši amplitudė priklausys nuo optinio impulso trukmės. Tuo tarpu, fotosrovės J amplitudės maksimumo pozicija laike atitinka THz impulso 10 trukmę, o jos vertė, kurią galima nustatyti integruojant laike Ετηζ(ϊ), nuo optinio impulso trukmės priklausys žymiai mažiau. Apšviečiant tiriamąjį darinį įvairaus bangos ilgio spinduliuotės impulsais generuojama fotosrovė priklausys nuo sugerties koeficiento ir vidinio elektrinio lauko stiprio, o jos kitimas laike - nuo krūvininkų rekombinaciją lemiančių struktūrinių medžiagos faktorių konkrečioje prietaiso darinio vietoje.The time variations of fiber 8 and photocurrent J are shown in Fig. 2. The time variation of Ethz is shown in Fig. 3. As can be seen from these figures, the amplitude of the THz pulse 10 reaches its maximum during the duration of the optical pulse, when the variation of the photocurrent with time is the largest. In addition, this amplitude will depend on the duration of the optical pulse. Meanwhile, the position of the photocurrent J amplitude maximum in time corresponds to the duration of the THz pulse 10, and its value, which can be determined by time integration Ετηζ(ϊ), will depend significantly less on the duration of the optical pulse. The photocurrent generated when illuminating the structure under investigation with radiation pulses of various wavelengths will depend on the absorption coefficient and the strength of the internal electric field, and its variation over time will depend on the structural factors of the material determining the recombination of charge carriers in a specific location of the device structure.

TINKAMIAUSI ĮGYVENDINIMO VARIANTAIBEST IMPLEMENTATION OPTIONS

Išradimo įgyvendinimui buvo sukurtas įrenginys, paremtas sustiprinta iterbiu legiruoto kalio ir gadolinio volframato Yb:KGW lazeriu 1 (PHAROS, Šviesos konversija), generavusio 1030 nm bangos ilgio, 160 fs trukmės ir 200 kHz pasikartojimo dažnio impulsus. Lazerio 1 pluoštas 2 buvo nukreipiamas į optinį parametrinį stiprintuvą OPS 7 (ORPHEUS, Šviesos konversija), kurį perderinant buvo generuojami optiniai femtosekundiniai impulsai su bangos ilgiais, keičiamais nuo 640 nm iki 2600 nm. Trumpesni, 400 nm siekiantys bangų ilgiai buvo gaunami generuojant antrosios harmonikos impulsus beta bario borato kristale (BBO). Optiniai impulsai krito 45° kampu į tiriamąjį prietaisą 9, o THz spinduliuotės impulsas 10 buvo stebimas atspindžio kryptyje naudojant GaAsBi fotolaidžią anteną (UAB Teravil), kuri buvo aktyvuojama Yb:KGW lazerio pluoštelio dalimi 4, apšviečiančia detektorių 5 po praėjimo per kintamo ilgio vėlinimo liniją 11. Fig. 4 yra pavaizduota antrosios harmonikos autokoreliacijos būdu nustatyta OPS 7 generuojamų įvairaus bangos ilgio impulsų trukmė. Iš šios iliustracijos matyti, kad šis parametras visame diapazone kinta nedaug; didesnis jo pokytis yra stebimas tik pereinant nuo signalinės prie šalutinės OPS generuojamų bangų.For the implementation of the invention, a device based on an enhanced ytterbium-doped potassium and gadolinium tungstate Yb:KGW laser 1 (PHAROS, Light conversion) was developed, which generated pulses with a wavelength of 1030 nm, a duration of 160 fs and a repetition rate of 200 kHz. Laser 1 beam 2 was directed to an optical parametric amplifier OPS 7 (ORPHEUS, Light Conversion), which was converted to generate optical femtosecond pulses with wavelengths varying from 640 nm to 2600 nm. Shorter wavelengths of up to 400 nm were obtained by generating second harmonic pulses in a beta barium borate (BBO) crystal. The optical pulses fell at an angle of 45° to the test device 9, and the THz radiation pulse 10 was observed in the reflection direction using a GaAsBi photoconductive antenna (UAB Teravil), which was activated by a part 4 of the Yb:KGW laser beam illuminating the detector 5 after passing through a variable-length delay line 11. Fig. 4 shows the duration of pulses of various wavelengths generated by OPS 7 determined by second harmonic autocorrelation. This illustration shows that this parameter varies little over the entire range; its greater change is observed only when passing from signal to side waves generated by OPS.

Buvo atlikti keturių prietaisų spektrinių charakteristikų matavimai: trijų vienos sandūros P-l-N diodų su iš skirtingų medžiagų - GaAs, GaAIAs ir GaAsBi pagamintais aktyviaisiais sugerties sluoksniais, bei dviejų sandūrų: GaAs ir AIGaAs, fotovoltinio elemento. Visi šie bandiniai buvo užauginti molekulinių pluoštelių epitaksijos įrenginyje Veeco ant GaAs padėklų.Measurements of the spectral characteristics of four devices were performed: three single-junction P-l-N diodes with active absorption layers made of different materials - GaAs, GaAIAs and GaAsBi, and a two-junction photovoltaic cell: GaAs and AIGaAs. All these samples were grown in a Veeco molecular fiber epitaxy on GaAs substrates.

GaAs diode aktyviosios sugerties srities storis buvo 2000 nm. AIGaAs diodo sugerties srities storis buvo lygus 450 nm, Al dalis trinariame AIGaAs junginyje buvo 33 %. Trečiajame diode 500 nm storio GaAsBi (su 4 % Bi) i-sluoksnis buvo įterptas tarp kontaktinių n- ir p-tipo GaAs sluoksnių. Tirtojo dviejų sandūrų saulės elemento sluoksnių sandara yra pavaizduota žemiau parodytoje lentelėje.The thickness of the active absorption region of the GaAs diode was 2000 nm. The thickness of the AIGaAs diode absorption region was equal to 450 nm, the proportion of Al in the trinary AIGaAs compound was 33%. In the third diode, a 500 nm thick GaAsBi (with 4% Bi) i-layer was sandwiched between the contact n- and p-type GaAs layers. The structure of the layers of the studied double junction solar cell is shown in the table below.

Sluoksnis Layer Medžiaga Material Storis n m Thickness n m Legiravimas cm-3 Doping cm-3 praskaidrinanti optinė struktūra clarifying optical structure SiO2 SiO2 60 60 - - praskaidrinanti optinė struktūra clarifying optical structure HfO2 HfO2 30 30 - - praskaidrinanti optinė struktūra clarifying optical structure SiO2 SiO2 10 10 - - langas-n window-n ^'θ.85θ^θ.15^δ ^'θ.85θ^θ.15^ δ 30 30 4e18 4e18 emiteris-n emitter-n ^'o.33^aO.67^S ^'o.33^ a O.67^ S 100 100 1e18 1e18 bazė-p base-p ^'o.33^aO.67^S ^'o.33^ a O.67^ S 700 700 1e17 1e17 galinio lauko -p rear field -p ^'o.9O^aO.1O^S ^'o.9O^ a O.1O^ S 200 200 5e18 5e18 tunelinė sandūra-p tunnel junction-p GaAs GaAs 20 20 5e19 5e19 tunelinė sandūra-n tunnel junction-n GaAs GaAs 50 50 2e19 2e19 langas-n window-n ^'o.9O^aO.1O^S ^'o.9O^ a O.1O^ S 200 200 4e18 4e18 emiteris-n emitter-n GaAs GaAs 100 100 1e18 1e18 bazė-p base-p GaAs GaAs 1800 1800 1e17 1e17 galinio lauko -p rear field -p ^'o.2O^aO.8O^S ^'o.2O^ a O.8O^ S 150 150 2e18 2e18 buferis-p buffer-p GaAs GaAs 200 200 4e18 4e18 padėklas-p tray-p GaAs GaAs

Visų trijų diodų matavimo rezultatai yra pavaizduoti Fig. 5. Matuojant tiriamas bandinys buvo apšviečiamas 6 mW vidutinės galios, S poliarizacijos pluošteliu, krintančiu 45° kampu į tiriamojo prietaiso (9) paviršiaus normalę. Visais trimis atvejais THz impulsų emisija prasidėdavo kai optinio impulso fotonų energija viršydavo diodo aktyviosios srities medžiagos draustinių energijų tarpą. Fig. 5 parodytos THz impulsų amplitudžių vertės yra normalizuotos į pastovų fotonų skaičių ir todėl leidžia tiksliai palyginti skirtingus tiriamus bandinius. GaAs ir AIGaAs diodų spektrai yra žymiai lygesni už GaAsBi spektrą. Pastarajame didesnių už draustinį tarpą fotonų energijų srityje stebimos stiprios THz impulsų amplitudės osciliacijos, kurias galima paaiškinti šviesos interferencijos efektais dėl atspindžių nuo GaAs padėklo, skaidraus šio spektrinio ruožo spinduliuotei.The measurement results of all three diodes are shown in Fig. 5. During the measurement, the test sample was illuminated with a 6 mW average power, S polarization beam falling at an angle of 45° to the surface normal of the test device (9). In all three cases, the emission of THz pulses started when the photon energy of the optical pulse exceeded the reserve energy gap of the material of the active region of the diode. Fig. The THz pulse amplitude values shown in Fig. 5 are normalized to a constant number of photons and therefore allow an accurate comparison of the different test specimens. The spectra of GaAs and AIGaAs diodes are significantly smoother than that of GaAsBi. In the latter region of photon energies higher than the reserve gap, strong THz pulse amplitude oscillations are observed, which can be explained by light interference effects due to reflections from the GaAs substrate, which is transparent to the radiation of this spectral range.

Tandeminio saulės elemento, sudaryto iš dviejų subcelių: Alo.33Gao.67As (draustinių energijų juostos tarpas sg yra lygus 1.85 eV) ir GaAs (eg=1.42 eV) tyrimų rezultatai yra pavaizduoti Fig. 6. Šiame paveikslėlyje galima aiškiai išskirti abiejų tandeminio saulės elemento dalių sugerties ruožus bei skirtingas fotosrovės amplitudes. Akivaizdžiai matoma mažesnė generuojama fotosrovė GaAs subcelėje nei AIGaAs subcelėje. Šis rezultatas atitinka išorinio kvantinio našumo matavimus (EQE) bei įrenginio atspindžio spektro modeliavimo rezultatus. EQE matavime stebimas mažesnis GaAs subcelės kvantinis našumas, o atspindžio spektras rodo žymiai didesnį atspindį spektro ruože, kuriame sugeria šviesą GaAs subcelė. Tad mažesnė GaAs sluoksnio sugertis lemia mažesnę fotosrovės amplitudę THz impulsais grįstuose matavimuose.The results of the research of a tandem solar cell consisting of two subcells: Alo.33Gao.67As (band gap s g is equal to 1.85 eV) and GaAs (e g =1.42 eV) are shown in Fig. 6. In this picture, it is possible to clearly distinguish the absorption regions of both parts of the tandem solar cell and the different amplitudes of the photocurrent. A lower generated photocurrent in the GaAs subcell than in the AIGaAs subcell is clearly visible. This result is consistent with measurements of the external quantum efficiency (EQE) and simulation results of the reflection spectrum of the device. The EQE measurement shows a lower quantum efficiency of the GaAs subcell, while the reflectance spectrum shows a significantly higher reflectance in the region where the light is absorbed by the GaAs subcell. Therefore, the lower absorption of the GaAs layer results in a lower photocurrent amplitude in THz pulse-based measurements.

Claims (1)

Puslaidininkinių optoelektronikos prietaisų spektrinių charakteristikų matavimo įrenginys, apimantis - femtosekundinį lazerį (1); - pusiau skaidrų veidrodį (3), dalinantį lazerio (1) pluoštelį (2) į pirmąją pluoštelio dalį (4) ir antrąją pluoštelio dalį (6), kuri yra didesnio intensyvumo nei pirmoji pluoštelio dalis (4) ir yra nukreipta į tiriamąjį prietaisą (9); - vėlinimo liniją (12), keičiančią pirmosios pluoštelio dalies (4) optinį kelią, - terahercinių impulsų detektorių (5), kurį aktyvuoja pirmoji pluoštelio dalis (4) ir - registravimo priemonę (13), b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad - įrenginys turi optinį parametrinį stiprintuvą (7), kuris išdėstytas lazerio pluoštelio antrosios dalies (6) optiniame kelyje tarp pusiau skaidraus veidrodžio (3) ir tiriamojo prietaiso (9), kur antroji didesnio intensyvumo femtosekundinio lazerio (1) pluoštelio dalis (6) patenka į optinį parametrinį stiprintuvą (7), sukuriantį kintamo bangos ilgio femtosekundinių šviesos impulsų pluoštelį (8), kuris nukreipiamas kampu į tiriamojo prietaiso (9) paviršių, kur tiriamajame prietaise sugeneruoti ir nuo jo atsispindėję teraherciniai (THz) spinduliuotės impulsai (10) patenka į detektorių (5), kurį aktyvuoja praėjusi per vėlinimo liniją (12) pirmoji pluoštelio dalis (4), o detektoriuje užregistruoti THz spinduliuotės impulsai patenka į registravimo priemonę (13), kuri nustato tiriamojo prietaiso (9) spektrinę charakteristiką pagal detektoriuje užregistruotų THz impulsų formą laike. Device for measuring the spectral characteristics of semiconductor optoelectronic devices, including - a femtosecond laser (1); - a semi-transparent mirror (3) dividing the beam (2) of the laser (1) into the first part of the beam (4) and the second part of the beam (6), which has a higher intensity than the first part of the beam (4) and is directed to the test device ( 9); - a delay line (12) changing the optical path of the first part of the fiber (4), - a terahertz pulse detector (5), which is activated by the first part of the fiber (4) and - a recording means (13), which differs in that - the device has an optical parametric the amplifier (7), which is placed in the optical path of the second part (6) of the laser beam between the semi-transparent mirror (3) and the test device (9), where the second part (6) of the beam of the higher intensity femtosecond laser (1) enters the optical parametric amplifier ( 7), creating a beam of femtosecond light pulses (8) of variable wavelength, which is directed at an angle to the surface of the test device (9), where the terahertz (THz) radiation pulses (10) generated in and reflected from the test device enter the detector (5), which is activated by the first part of the fiber (4) that has passed through the delay line (12), and the THz radiation pulses registered in the detector enter the recording means (13), which determines the spectral characteristic of the test device (9) according to the time shape of the THz pulses registered in the detector.
LT2021573A 2021-12-06 2021-12-06 Semiconductor optoelectronic devices characterization apparatus LT7003B (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2021573A LT7003B (en) 2021-12-06 2021-12-06 Semiconductor optoelectronic devices characterization apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2021573A LT7003B (en) 2021-12-06 2021-12-06 Semiconductor optoelectronic devices characterization apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
LT2021573A LT2021573A (en) 2023-06-12
LT7003B true LT7003B (en) 2023-07-10

Family

ID=80785143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
LT2021573A LT7003B (en) 2021-12-06 2021-12-06 Semiconductor optoelectronic devices characterization apparatus

Country Status (1)

Country Link
LT (1) LT7003B (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010056098B3 (en) * 2010-12-21 2012-04-26 Friedrich-Schiller-Universität Jena Device for the characterization of material parameters at semiconductor interfaces by means of THz radiation

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010056098B3 (en) * 2010-12-21 2012-04-26 Friedrich-Schiller-Universität Jena Device for the characterization of material parameters at semiconductor interfaces by means of THz radiation

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ARLAUSKAS A ET AL: "Terahertz emission from InSb illuminated by femtosecond laser pulses", JOURNAL OF PHYSICS D: APPLIED PHYSICS, INSTITUTE OF PHYSICS PUBLISHING, BRISTOL, GB, vol. 50, no. 5, 5 January 2017 (2017-01-05), pages 55101, XP020313146, ISSN: 0022-3727, [retrieved on 20170105], DOI: 10.1088/1361-6463/AA4ED4 *
KARPUS V. ET AL: "THz-excitation spectroscopy technique for band-offset determination", OPTICS EXPRESS, vol. 26, no. 26, 24 December 2018 (2018-12-24), US, pages 33807, XP055943740, ISSN: 2161-2072, DOI: 10.1364/OE.26.033807 *
NEVINSKAS I ET AL: "THz pulse emission from InAs-based epitaxial structures grown on InP substrates", SEMICONDUCTOR SCIENCE TECHNOLOGY, IOP PUBLISHING LTD, GB, vol. 31, no. 11, 20 October 2016 (2016-10-20), pages 115021, XP020309940, ISSN: 0268-1242, [retrieved on 20161020], DOI: 10.1088/0268-1242/31/11/115021 *

Also Published As

Publication number Publication date
LT2021573A (en) 2023-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105841816A (en) Terahertz time-domain spectroscopy system
CN108827914B (en) Terahertz transient absorption spectroscopy detection system and carrier lifetime measurement method
Gu et al. Detection of terahertz radiation from longitudinal optical phonon–plasmon coupling modes in InSb film using an ultrabroadband photoconductive antenna
Sakai et al. Introduction to terahertz pulses
Tex et al. Analyzing the electrical performance of a solar cell with time-resolved photoluminescence: methodology for fast optical screening
CN106877818A (en) The detection means and method of luminous coupling efficiency between a kind of multijunction solar cell knot
CN115728250B (en) Semiconductor carrier dynamics test instrument and test method
Ropagnol et al. Toward high-power terahertz emitters using large aperture ZnSe photoconductive antennas
CN101706428B (en) Method for detecting relaxation time of carrier on optically activated deep level for mercury cadmium telluride material
Sarkisov et al. Dipole antennas based on SI-GaAs: Cr for generation and detection of terahertz radiation
CN104568766A (en) Detection device and detection method for hole capturing dynamics of surfaces of quantum dots
LT7003B (en) Semiconductor optoelectronic devices characterization apparatus
CN100559194C (en) A method for detecting harmful interface charge of mercury cadmium telluride thin film photovoltaic devices
EP4456418A1 (en) Method and device for characterization of photovoltaic solar elements
Johnston et al. Photoluminescence imaging characterization of thin-film InP
CN114720403A (en) A high-sensitivity ultrafast absorption spectrometer
Ho et al. Investigation of light enhancement of diffusion length by DC photovoltaic current measurement
Grubbs et al. Photoluminescence excitation spectroscopy characterization of surface and bulk quality for early-stage potential of material systems
CN119643985B (en) Spectroscopy method for measuring built-in electric field intensity on gallium nitride crystal surface
Hoffmann Novel Techniques in THz-Time-Domain-Spectroscopy: A comprehensive study of technical improvements to THz-TDS
Bergner et al. Reflectivity and transmittance investigations of photoexcited charge carriers in silicon in the picosecond time domain
Yamashita et al. Quantitative evaluation of photocarriers in semiconductor pin structures with time-resolved terahertz reflection spectroscopy
Spencer et al. Developing InP-based solar cells: Time-resolved terahertz measurements of photoconductivity and carrier multiplication efficiencies
Wong et al. Visible to ultraviolet femtosecond autocorrelation measurements based on two-photon absorption using ZnSSe photodetector
Hojabrosadati Time-Resolved Terahertz Spectroscopy of Semiconductor Nanowires

Legal Events

Date Code Title Description
BB1A Patent application published

Effective date: 20230612

FG9A Patent granted

Effective date: 20230710