基于光谱分析的外延片量子阱质量检测方法及系统与流程

本申请涉及监测分析，尤其是涉及基于光谱分析的外延片量子阱质量检测方法及系统。

背景技术：

1、外延片量子阱是发光二极管、激光器及高速光电子器件中的核心功能结构，其阱厚均匀性、界面平整度和组分稳定性直接影响载流子复合效率、发光峰位及器件寿命。光致发光光谱能够反映量子阱的能级跃迁与局域态分布，拉曼光谱则可表征晶格振动及声子能量，因此，基于光谱数据对外延片量子阱质量进行无损检测，已成为外延生长工艺评价中的重要手段。

2、在特定斜切衬底上生长量子阱时，表面台阶会因生长动力学发生聚束，使量子阱厚度沿横向产生纳米尺度的周期调制。该类结构调制会改变局部量子限制能级，并在光致发光光谱中形成能量间隔较规则的多峰结构。由于纵光学声子伴线同样表现为与主发光峰相关的多阶峰列，且在部分材料体系中其能量间距与结构调制引起的峰间距接近，导致二者在常规光谱判读中具有较强的混淆性。

3、现有检测方式通常侧重于主峰位置、半高宽及多峰间距等静态光谱特征，容易将间距接近声子能量的多峰直接归类为声子伴线，而未进一步区分其是否来源于量子阱厚度周期波动。对于由台阶聚束引起的隐蔽结构缺陷，单一光致发光分析缺乏声子背景约束，也缺少随温度变化的峰强关联验证，导致检测结果对生长动力学缺陷不敏感，难以准确反映外延片量子阱的真实质量。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本申请提供基于光谱分析的外延片量子阱质量检测方法及系统。

2、第一方面，本申请提供基于光谱分析的外延片量子阱质量检测方法，包括以下步骤：

3、获取在预设温度梯度下同一微区采集的光致发光光谱序列和拉曼光谱；

4、提取拉曼光谱中的纵光学声子能量、光致发光光谱序列中的主发光峰能量与初始积分强度；

5、根据主发光峰能量和初始积分强度计算初始黄昆因子，结合纵光学声子能量生成初始理论声子伴线谱，并通过残差比对迭代修正初始黄昆因子，得到目标理论声子伴线谱；

6、从光致发光光谱序列中扣除目标理论声子伴线谱，得到残差光谱序列；

7、在残差光谱序列中提取能量等间距的多重子峰序列，并将多重子峰序列划分为高能侧子峰和低能侧子峰；计算高能侧子峰与低能侧子峰在预设温度梯度下的积分强度比值序列，并比对高能侧子峰与低能侧子峰的强度衰减速率；

8、在高能侧子峰的强度衰减速率大于低能侧子峰的强度衰减速率且衰减速率差值达到预设阈值时，将多重子峰序列确认为台阶聚束卫星峰；

9、提取台阶聚束卫星峰的能量间距，反演量子阱厚度波动差值，并结合外延衬底斜切角计算台阶聚束周期；

10、输出外延片质量检测结果。

11、第二方面，本申请提供基于光谱分析的外延片量子阱质量检测系统，包括：

12、数据接收模块，用于获取在预设温度梯度下同一微区采集的光致发光光谱序列和拉曼光谱；

13、光谱预处理模块，用于提取拉曼光谱中的纵光学声子能量、光致发光光谱序列中的主发光峰能量与初始积分强度；

14、声子伴线计算模块，用于根据主发光峰能量和初始积分强度计算初始黄昆因子，结合纵光学声子能量生成初始理论声子伴线谱，并通过残差比对迭代修正初始黄昆因子，得到目标理论声子伴线谱；

15、残差光谱计算模块，用于从光致发光光谱序列中扣除目标理论声子伴线谱，得到残差光谱序列；

16、子峰识别模块，用于在残差光谱序列中提取能量等间距的多重子峰序列，并将多重子峰序列划分为高能侧子峰和低能侧子峰；计算高能侧子峰与低能侧子峰在预设温度梯度下的积分强度比值序列，并比对高能侧子峰与低能侧子峰的强度衰减速率；

17、温度响应计算模块，用于在高能侧子峰的强度衰减速率大于低能侧子峰的强度衰减速率且衰减速率差值达到预设阈值时，将多重子峰序列确认为台阶聚束卫星峰；

18、结构反演模块，用于提取台阶聚束卫星峰的能量间距，反演量子阱厚度波动差值，并结合外延衬底斜切角计算台阶聚束周期；

19、结果生成模块，用于输出外延片质量检测结果。

20、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

21、1.本申请提供了基于光谱分析的外延片量子阱质量检测方法，通过在预设温度梯度下对同一微区同步获取光致发光光谱序列和拉曼光谱，将拉曼光谱中的纵光学声子能量作为声子伴线建模的能量约束，并将光致发光光谱序列中的主发光峰能量与初始积分强度作为强度约束，计算初始黄昆因子后生成初始理论声子伴线谱，再通过残差比对迭代修正初始黄昆因子，得到与实测光谱更匹配的目标理论声子伴线谱；由此，光致发光光谱序列中由声子耦合引起的伴线成分能够被先行剥离，扣除目标理论声子伴线谱后形成的残差光谱序列更集中地保留量子阱厚度波动相关的结构峰信息。相比仅依据光致发光光谱主峰位置、半高宽和峰间距进行判断的方式，本申请将拉曼声子信息、光致发光主峰信息、积分强度信息和温度序列信息联动使用，使声子伴线与结构调制峰不再依靠单一峰间距进行区分，降低了二者因能量间隔接近而发生误判的概率，进而提高了后续多重子峰序列识别的可靠性；

22、2.在残差光谱序列中进一步提取能量等间距的多重子峰序列，并根据多重子峰序列中各子峰能量位置与主发光峰能量的相对关系划分高能侧子峰和低能侧子峰，再计算二者在预设温度梯度下的积分强度比值序列，并比较高能侧子峰与低能侧子峰的强度衰减速率；当高能侧子峰的强度衰减速率大于低能侧子峰的强度衰减速率且衰减速率差值达到预设阈值时，才将多重子峰序列确认为台阶聚束卫星峰，进而提取台阶聚束卫星峰的能量间距，反演量子阱厚度波动差值，并结合外延衬底斜切角计算台阶聚束周期，输出外延片质量检测结果。上述处理使峰间距判定、温度响应判定和结构几何反演形成连续的数据链路，多重子峰序列并非被直接认定为缺陷，而是需要同时满足残差峰等间距特征、两侧子峰温度衰减差异以及斜切角几何映射关系，从而使外延片质量检测结果具有更明确的物理指向，本申请利用目标理论声子伴线谱扣除、残差光谱多峰提取、温度梯度下强度衰减比对以及外延衬底斜切角反演之间的协同关系，使台阶聚束缺陷识别从光谱现象判断延伸到量子阱结构参数输出，提高了外延片量子阱质量检测的准确性和可追溯性。

1.基于光谱分析的外延片量子阱质量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于光谱分析的外延片量子阱质量检测方法，其特征在于，提取拉曼光谱中的纵光学声子能量、光致发光光谱序列中的主发光峰能量与初始积分强度，包括：

3.根据权利要求2所述的基于光谱分析的外延片量子阱质量检测方法，其特征在于，根据主发光峰能量和初始积分强度计算初始黄昆因子，结合纵光学声子能量生成初始理论声子伴线谱，并通过残差比对迭代修正初始黄昆因子，得到目标理论声子伴线谱，包括：

4.根据权利要求3所述的基于光谱分析的外延片量子阱质量检测方法，其特征在于，从光致发光光谱序列中扣除目标理论声子伴线谱，得到残差光谱序列，包括：

5.根据权利要求4所述的基于光谱分析的外延片量子阱质量检测方法，其特征在于，在残差光谱序列中提取能量等间距的多重子峰序列，并将多重子峰序列划分为高能侧子峰和低能侧子峰，包括：

6.根据权利要求5所述的基于光谱分析的外延片量子阱质量检测方法，其特征在于，计算高能侧子峰与低能侧子峰在预设温度梯度下的积分强度比值序列，并比对高能侧子峰与低能侧子峰的强度衰减速率，包括：

7.根据权利要求6所述的基于光谱分析的外延片量子阱质量检测方法，其特征在于，在高能侧子峰的强度衰减速率大于低能侧子峰的强度衰减速率且衰减速率差值达到预设阈值时，将多重子峰序列确认为台阶聚束卫星峰，包括：

8.根据权利要求1所述的基于光谱分析的外延片量子阱质量检测方法，其特征在于，提取台阶聚束卫星峰的能量间距，反演量子阱厚度波动差值，包括：

9.根据权利要求1所述的基于光谱分析的外延片量子阱质量检测方法，其特征在于，结合外延衬底斜切角计算台阶聚束周期，包括：

10.基于光谱分析的外延片量子阱质量检测系统，应用于上述权利要求1-9任意一项所述的基于光谱分析的外延片量子阱质量检测方法，其特征在于，包括：