Opplinjering av oppsett for fotoluminesensmåling

Abstract

Permanent oppsett for måling av fotoluminesens fra halvlederprøver er plassert på eget optikkbord på rom 203D/185. Når en laserstråle med passende intensitet og bølgelengde treffer en halvleder vil elektron-hullpar dannes ved at elektroner eksiteres fra valensbåndet til ledningsbåndet. Etter kort tid rekombinerer elektron-hullparene, dvs. at elektronet gjør en overgang til en ledig tilstand i valensbåndet. Energidifferansen kan da sendes ut i form av et foton, og det er denne strålingen som kalles fotoluminesens. Fotoluminesensens energi kan gi oss nyttig informasjon om halvlederens båndgap og evt. andre energinivåer, som for eksempel energinivåer med opphav i dopeatomer. Utstyret kan inngå som en del av rutinen for karakterisering og kvalitetskontroll av materialer for bruk i infrarøde detektorer. Oppsettet for måling av fotoluminesens inneholder tre lasere. I tillegg inneholder oppsettet en rekke speil og linser som brukes til å justere laserstrålenes retning, posisjon, størrelse og form. Et Fouriertransform spektrometer brukes til å bestemme fotoluminesensens spektrum, og det benyttes speil utenfor og internt i spektrometeret for å justere strålegangen i spektrometeret og fokusere fotoluminesensen på spektrometerets detektor. Denne rapporten beskriver fremgangsmåter for opplinjering av optiske elementer i fotoluminesensens strålegang mellom prøve og detektor samt opplinjering av de tre laserne.

An experimental setup for measurement of photoluminescence from semiconductor samples is placed on a dedicated optical table in room 203D/185. When a laser beam of appropriate intensity and wavelength is directed towards a semiconductor, electrons are excited from the valence band to the conduction band creating electron-hole pairs. After a short period of time, recombination occurs; electrons in the conduction band make a transition to a lower energy state. The energy difference can be emitted as a photon, and this radiation is termed photoluminescence. The energy of the photoluminescence radiation can give us useful information about the band gap, and also other energy levels present in the semiconductor, such as dopant energy levels. The equipment can be part of the routine for characterization and quality control of materials used for infrared detectors. There are three lasers in the photoluminescence setup, in addition to lenses and mirrors for adjustment of direction, position, size and shape of the laser beam. A Fouriertransform spectrometer is used to obtain the photoluminescence spectrum, and mirrors outside and inside the spectrometer allow adjustment of the path of the radiation. The photoluminescence is focused on a detector inside the spectrometer. This report describes procedures for alignment of the optical elements between the sample and the detector, and also alignment of the three lasers.