DE112020006542T5

DE112020006542T5 - Lichtemittierender Körper, Elektronenstrahldetektor und Rasterelektronenmikroskop

Info

Publication number: DE112020006542T5
Application number: DE112020006542.1T
Authority: DE
Inventors: Junya Maeda; Kyogo Kaneko; Kuniyoshi Yamauchi
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-11-30
Publication date: 2022-12-01
Also published as: JP2021114392A; KR20220127226A; JP6857263B1; US20220392740A1; CN114981383A; WO2021145078A1

Abstract

Ein Lichtemitter ist ein Lichtemitter 10 zur Umwandlung von einfallenden Elektronen in Licht und umfasst eine Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C zur Erzeugung des Lichts durch Einfall der Elektronen und eine Elektroneneinfallsfläche 10a, die auf der Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C vorgesehen ist. Eine erste Barriereschicht, die in einer Vielzahl von Barriereschichten enthalten ist, die die Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C bildet, ist dicker als eine zweite Barriereschicht, die in der Vielzahl von Barriereschichten enthalten ist und sich auf der Seite der Elektroneneinfallsoberfläche 10a in Bezug auf die erste Barriereschicht befindet. Somit können ein Lichtemitter, ein Elektronenstrahldetektor und ein Rasterelektronenmikroskop bereitgestellt werden, die in der Lage ist, die Lichtumwandlungseffizienz von einer niedrigen Beschleunigungsspannung zu einer hohen Beschleunigungsspannung zu verbessern.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen lichtemittierenden Körper, einen Elektronenstrahldetektor und ein Rasterelektronenmikroskop.
Hintergrundwissen
Das Patentdokument 1 offenbart eine Technik, die sich auf einen Lichtemitter bezieht, der in einem Elektronenstrahldetektor verwendet wird. Der Lichtemitter ist ein Lichtemitter zur Umwandlung einfallender Elektronen in Licht und umfasst ein Substrat und eine Nitrid-Halbleiterschicht aus InGaN und GaN. Das Substrat ist in Bezug auf eine Wellenlänge des Lichts transparent. Die Nitrid-Halbleiterschicht ist auf einer Oberfläche des Substrats ausgebildet und hat eine Quantentopfstruktur zur Erzeugung des Lichts durch Einfall der Elektronen.
Patentdokument 2 offenbart eine Technik, die sich auf ein lichtemittierendes epitaktisches Substrat vom Typ Elektronenstrahlanregung und eine lichtemittierende Vorrichtung vom Typ Elektronenstrahlanregung bezieht. Das epitaktische Substrat umfasst ein Substrat, eine lichtemittierende Schicht mit einer Mehrfach-Quantentopfstruktur, die auf dem Substrat vorgesehen ist, und eine Metallschicht, die auf der lichtemittierenden Schicht vorgesehen ist. Die Bandlücke einer Topfschicht der lichtemittierenden Schicht nimmt schrittweise in Richtung der Dicke der lichtemittierenden Schicht von der Seite der Metallschicht zur Seite des Substrats zu. Die Anzahl der Topfschichten mit demselben Bandabstand nimmt in Richtung der Dicke der lichtemittierenden Schicht von der Metallschichtseite zur Substratseite hin ab. Die Topfschicht wird aus AlxGa1-xN (0 < x < 1) gebildet, das einen Dotierstoff enthält.
Zitate
Patentliteratur

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldung Laid-Open-Veröffentlichung Nr. 2005-298603
Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldung Offengelegte Veröffentlichung Nr. 2016-015379

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Ein Lichtemitter, der Licht mit einer Intensität entsprechend einer Elektronenstrommenge eines einfallenden Elektronenstrahls ausgibt, wird im Allgemeinen in einem Elektronenstrahldetektor verwendet. Der Elektronenstrahldetektor misst die Elektronenstrommenge des Elektronenstrahls, indem er die Intensität des vom Lichtemitter abgegebenen Lichts in ein elektrisches Signal umwandelt. Der obige Elektronenstrahldetektor kann beispielsweise in einem Rasterelektronenmikroskop verwendet werden. Der Lichtemitter enthält eine Mehrfach-Quantentopfstruktur zur effizienten Umwandlung des einfallenden Elektronenstrahls in Licht.
In dem obigen Lichtemitter kann es wünschenswert sein, die Lichtumwandlungseffizienz von einer niedrigen Beschleunigungsspannung zu einer hohen Beschleunigungsspannung zu verbessern. Wenn die Beschleunigungsspannung für den einfallenden Elektronenstrahl hoch ist, erreicht der Elektronenstrahl eine tiefe Position im Lichtemitter. Um die Lichtumwandlungseffizienz für den Elektronenstrahl mit der hohen Beschleunigungsspannung zu verbessern, ist es daher wünschenswert, die Mehrfach-Quantentopfstruktur zu verdicken. Wenn die Mehrfach-Quantentopfstruktur verdickt ist, besteht das Problem, dass die Lichtumwandlungseffizienz für den Elektronenstrahl mit der niedrigen Beschleunigungsspannung, der nur flache in den Lichtemitter eindringt, reduziert wird.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Lichtemitter, einen Elektronenstrahldetektor und ein Rasterelektronenmikroskop bereitzustellen, die in der Lage sind, die Lichtumwandlungseffizienz von einer niedrigen Beschleunigungsspannung zu einer hohen Beschleunigungsspannung zu verbessern.
Lösung des Problems
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Lichtemitter. Der Lichtemitter ist ein Lichtemitter zum Umwandeln von einfallenden Elektronen in Licht und enthält eine Mehrfach-Quantentopfstruktur zum Erzeugen des Lichts durch Einfall der Elektronen; und eine Elektroneneinfallsfläche, die auf der Mehrfach-Quantentopfstruktur vorgesehen ist, und eine erste Barriereschicht (engl. „barrier layer“, also wörtlich übersetzt soviel wie Barriereschicht oder Sperrschicht), die in einer Vielzahl von Barriereschichten enthalten ist, die die Mehrfach-Quantentopfstruktur bilden, ist dicker als eine zweite Barriereschicht, die in der Vielzahl von Barriereschichten enthalten ist und auf der Seite der Elektroneneinfallsfläche in Bezug auf die erste Barriereschicht angeordnet.
In dem obigen Lichtemitter wird das Licht durch Emissionsrekombination (Kathodolumineszenz) in der Topf-Schicht erzeugt, wenn die Elektronen von der Seite der Elektroneneinfallsfläche auf die Mehrfach-Quantentopfstruktur treffen. Das Licht wird außerhalb des Lichtemitters abgegeben.
In der obigen Konfiguration ist die zweite Barriereschicht, die sich in einer relativ flachen Position von der Elektroneneinfallsfläche befindet, relativ dünn, und daher ist eine Topfschicht, die sich auf der gegenüberliegenden Seite der Elektroneneinfallsfläche befindet, mit der dazwischen liegenden zweiten Barriereschicht näher an der Elektroneneinfallsfläche angeordnet. Daher ist es möglich, die Lichtumwandlungseffizienz für den Elektronenstrahl mit einer niedrigen Beschleunigungsspannung zu verbessern. Ferner ist die erste Barriereschicht, die sich an einer relativ tiefen Position befindet, relativ dick, und daher ist eine Topfschicht, die sich auf der gegenüberliegenden Seite der Elektroneneinfallsfläche befindet, wobei die erste Barriereschicht dazwischen angeordnet ist, weit von der Elektroneneinfallsfläche entfernt. Daher ist es möglich, den Lichtumwandlungswirkungsgrad auch bei tiefem Eindringen des Elektronenstrahls mit einer hohen Beschleunigungsspannung beizubehalten.
Zusätzlich und wie später beschrieben, ergibt sich daraus, dass sich der Elektronenstrahl im Inneren des Lichtemitters halbkugelförmig ausbreitet, dass die in der Nähe der Elektroneneinfallsfläche dicht angeordneten Quantentöpfe die Elektronen auch bei hoher Beschleunigungsspannung zuverlässig einfangen. Durch die oben beschriebene Veränderung der Dicke der Barriereschicht in Abhängigkeit vom Abstand zur Elektroneneinfallsfläche kann die Lichtkonversionseffizienz von der niedrigen Beschleunigungsspannung zur hohen Beschleunigungsspannung verbessert werden.
Da die Elektronen dazu neigen, innerhalb der Mehrfach-Quantentopfstruktur halbkugelförmig zu diffundieren, ist nach den Erkenntnissen der vorliegenden Erfinder die Anregungsdichte im Quantentopf nahe der Elektroneneinfallsfläche hoch. Daher ist die Anregung des Quantentopfs durch die Diffusionselektronen in der Tiefenrichtung reduziert. Daher ist es wünschenswert, dass das Quantentopfintervall, das die Barriereschichtdicke darstellt, in der Nähe der Elektroneneinfallsfläche dünner ist als das Quantentopfintervall, das die Barriereschichtdicke darstellt, und am weitesten von der Elektroneneinfallsfläche entfernt ist.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Elektronenstrahldetektor. Der Elektronenstrahldetektor umfasst den Lichtemitter der obigen Konfiguration; einen Photodetektor, der optisch mit einer Oberfläche der Mehrfach-Quantentopfstruktur gegenüber der Elektroneneinfallsoberfläche gekoppelt ist und eine Empfindlichkeit gegenüber dem in der Mehrfach-Quantentopfstruktur erzeugten Licht aufweist; und ein lichtdurchlässiges Element, das zwischen dem Lichtemitter und dem Photodetektor angeordnet ist und zur Integration des Lichtemitters und des Photodetektors dient und eine isolierende Eigenschaft aufweist.
Gemäß dem obigen Elektronenstrahldetektor ist es durch die Einbeziehung des Lichtemitters der obigen Konfiguration möglich, die Effizienz der Elektronenstrahldetektion von der niedrigen Beschleunigungsspannung zur hohen Beschleunigungsspannung zu verbessern. Außerdem ist das isolierende Lichtübertragungselement zwischen dem Lichtemitter und dem Photodetektor angeordnet, so dass der Photodetektor unabhängig von der an den Lichtemitter angelegten Spannung stabil betrieben werden kann.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Rasterelektronenmikroskop. Das Rasterelektronenmikroskop enthält den Lichtemitter der obigen Konfiguration; einen Photodetektor, der optisch mit einer Oberfläche der Mehrfach-Quantentopfstruktur gekoppelt ist, die der Elektroneneinfallsfläche gegenüberliegt, und der empfindlich auf das in der Mehrfach-Quantentopfstruktur erzeugte Licht reagiert; und eine Vakuumkammer, in der zumindest der Lichtemitter installiert ist, und das Rasterelektronenmikroskop einen Elektronenstrahl auf einer Oberfläche einer in der Vakuumkammer angeordneten Probe abtastet, Sekundärelektronen und reflektierte Elektronen von der Probe zu dem Lichtemitter leitet und ein Bild der Probe einfängt, indem es eine Abtastposition auf der Probe mit einer Ausagbe (engl. „output“, also Ausgabe oder Ausgang) des Photodetektors verknüpft.
Gemäß dem obigen Rasterelektronenmikroskop ist es durch die Einbeziehung des Lichtemitters der obigen Konfiguration möglich, die Effizienz der Elektronenstrahlerfassung von der niedrigen Beschleunigungsspannung zur hohen Beschleunigungsspannung zu verbessern. Daher kann selbst dann, wenn das Abbildungsobjekt eine tiefe Vertiefung und/oder eine Rille oder ähnliches aufweist, der entsprechende Teil mit der hohen Beschleunigungsspannung und der andere Teil mit der niedrigen Beschleunigungsspannung deutlich abgebildet werden.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Lichtemitter, einen Elektronenstrahldetektor und ein Rasterelektronenmikroskop bereitzustellen, die in der Lage sind, die Lichtumwandlungseffizienz von einer niedrigen Beschleunigungsspannung zu einer hohen Beschleunigungsspannung zu verbessern.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Lichtemitters 10 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine innere Struktur einer Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C zeigt.
3 enthält (a) - (c) Diagramme, die Simulationsergebnisse von Elektronen zeigen, die auf den Lichtemitter 10 einfallen und in diesem diffundieren, und zwar mit Hilfe eines Monte-Carlo-Verfahrens.
4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Beschleunigungsspannung einfallender Elektronen und einer Spitzenintensität der Kathodolumineszenz zeigt, und ein Diagramm G1 zeigt eine Beziehung im Lichtemitter 10 der vorliegenden Ausführungsform, und ein Diagramm G2 zeigt eine Beziehung, wenn die Dicken einer Vielzahl von Barriereschichten 142 als Vergleichsbeispiel einheitlich gemacht werden.
5 ist ein Diagramm, das einen Teil von 4 in einer vergrößerten Darstellung zeigt.
6 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Elektronenstrahldetektors 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines SEM 40 (engl. scanning electron microscope) mit kritischen Abmessungen gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen eines Lichtemitters, eines Elektronenstrahldetektors und eines Rasterelektronenmikroskops unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. In der Beschreibung der Zeichnungen werden die gleichen Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und redundante Beschreibungen werden weggelassen. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Darüber hinaus bezieht sich ein Nitrid-Halbleiter in der folgenden Beschreibung auf eine Verbindung, die mindestens eines der Elemente Ga, In und AI als Element der Gruppe III und N als Element der Hauptgruppe V enthält. Ferner bedeutet eine lichtdurchlässige Eigenschaft, dass 50% oder mehr des Objektlichts durchgelassen werden.
(Erste Ausführungsform)
1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Lichtemitters 10 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt und einen Querschnitt entlang einer Dickenrichtung darstellt. Der Lichtemitter 10 wandelt einfallende Elektronen in Licht um. Wie in 1 dargestellt, umfasst der Lichtemitter 10 ein Substrat 12, eine Nitrid-Halbleiterschicht 14, die auf einer Hauptoberfläche 12a des Substrats 12 vorgesehen ist, und eine leitende Schicht 18, die auf der Nitrid-Halbleiterschicht 14 vorgesehen ist. Eine Oberfläche der leitenden Schicht 18 bildet eine Elektroneneinfallsfläche 10a.
Das Substrat 12 ist ein plattenförmiges Element mit einer lichtdurchlässigen Eigenschaft für eine Wellenlänge des von der Nitrid-Halbleiterschicht 14 abgegebenen Lichts. Das Substrat 12 kann aus einem beliebigen Material bestehen, solange es das von der Nitrid-Halbleiterschicht 14 abgegebene Licht durchlässt und das epitaktische Wachstum der Nitrid-Halbleiterschicht 14 ermöglicht. In einem Beispiel ist das Substrat 12 ein Saphirsubstrat. In einem Beispiel lässt das Substrat 12 das Licht mit einer Wellenlänge von 170 nm oder mehr durch. Das Substrat 12 hat eine Hauptoberfläche 12a und eine Rückfläche 12b, die der Hauptoberfläche 12a gegenüberliegt.
Die Nitrid-Halbleiterschicht 14 umfasst eine erste Pufferschicht 14A, die auf der Hauptoberfläche 12a des Substrats 12 vorgesehen ist, eine zweite Pufferschicht 14B, die auf der ersten Pufferschicht 14A vorgesehen ist, und eine Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C, die auf der zweiten Pufferschicht 14B vorgesehen ist.
Die erste Pufferschicht 14A ist eine Schicht für das Wachstum der Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C mit guter Kristallinität und steht in Kontakt mit der Hauptoberfläche 12a. Die erste Pufferschicht 14A wird bei einer relativ niedrigen Temperatur (z.B. 400°C oder mehr und 700°C oder weniger) gezüchtet und hat z.B. eine amorphe Struktur, die hauptsächlich Gallium (Ga) und Stickstoff (N) enthält. In einem Beispiel wird die erste Pufferschicht 14A aus amorphem GaN gebildet. Die Dicke der ersten Pufferschicht 14A beträgt beispielsweise 5 nm oder mehr und 500 nm oder weniger, und in einem Beispiel 20 nm.
Die zweite Pufferschicht 14B ist ebenfalls eine Schicht zum Züchten der Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C mit guter Kristallinität und enthält beispielsweise hauptsächlich einen Kristall aus GaN. In einem Beispiel wird die zweite Pufferschicht 14B aus einem Kristall aus GaN gebildet. Die zweite Pufferschicht 14B wird bei einer höheren Temperatur (z. B. 700 °C oder mehr und 1200 °C oder weniger) epitaktisch aufgewachsen als die erste Pufferschicht 14A. Die Dicke der zweiten Pufferschicht 14B beträgt z. B. 1 µm oder mehr und 10 µm oder weniger, in einem Beispiel 2,5 µm. Die zweite Pufferschicht 14B kann in Kontakt mit der ersten Pufferschicht 14A stehen.
Die Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C ist ein Teil zur Erzeugung von Licht durch Einfall von Elektronen und ist eine Schicht, die epitaktisch auf der zweiten Pufferschicht 14B aufgewachsen ist. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine innere Struktur der Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C zeigt. Wie in 2 dargestellt, weist die Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C eine Konfiguration auf, in der die Topfschichten 141 und die Barriereschichten 142 abwechselnd geschichtet sind.
Die Topfschicht 141 besteht aus einem Material, das durch Aufnahme von Elektronen Licht erzeugt, und enthält in der vorliegenden Ausführungsform hauptsächlich einen Kristall aus InxGa1-xN (0 < x < 1). In einem Beispiel wird die Topfschicht 141 aus einem mit Si dotierten Kristall aus InxGa1-xN (0 < x < 1) gebildet. Die Si-Dotierungskonzentration beträgt z. B. 2 × 1018 cm^-3. In diesem Fall erzeugt die Topfschicht 141 beim Einfall der Elektronen Licht mit einer Wellenlänge von etwa 415 nm. Das heißt, wenn die Elektronen auf die Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C treffen, werden Elektronen-Loch-Paare erzeugt, und die Paare rekombinieren in der Topfschicht 141, um das Licht zu erzeugen (Kathodolumineszenz).
Die Zusammensetzungen der mehreren Topfschichten 141, die die Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C bilden, sind gleich, und die obige Zusammensetzung x ist gleich der anderen. In einem Beispiel beträgt die Zusammensetzung x = 0,13. Ferner sind die Dicken der mehreren Topfschichten 141, die die Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C bilden, gleich groß. Die Dicke jeder Topfschicht 141 beträgt beispielsweise 0,2 nm oder mehr und 5 nm oder weniger, und in einem Beispiel 1,5 nm.
Die Bandlückenenergie der Barriereschicht 142 ist größer als die Bandlückenenergie der Topfschicht 141. Indem die Topfschicht 141 zwischen den Barriereschichten 142 angeordnet wird, können die Elektronen in der Topfschicht 141 gesammelt und effizient in Licht umgewandelt werden. In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Barriereschicht 142 hauptsächlich einen Kristall aus GaN. In einem Beispiel wird die Barriereschicht 142 aus einem mit Si dotierten GaN-Kristall gebildet. Die Si-Dotierungskonzentration beträgt z. B. 2 × 1018 cm-3. Darüber hinaus kann die Barriereschicht 142 auch ein anderes Atom der Gruppe III (z. B. In) als Ga enthalten. Auch in diesem Fall sind die Zusammensetzungen der mehreren Barriereschichten 142, aus denen die Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C besteht, einander gleich.
Die Dicken der mehreren Barriereschichten 142, die die Mehrfach-Quantentopf-Struktur 14C bilden, sind voneinander verschieden. Insbesondere ist jede Barriereschicht 142 dicker als die Barriereschicht 142, die sich auf der Seite der Elektroneneinfallsfläche 10a (siehe 1) in Bezug auf jede Barriereschicht 142 befindet. Mit anderen Worten, in der Vielzahl der Barriereschichten 142 nimmt die Dicke mit zunehmendem Abstand von der Elektroneneinfallsfläche 10a zu, und die Barriereschicht 142 der ersten Schicht, die der Elektroneneinfallsfläche 10a am nächsten ist, ist die dünnste Schicht in der Vielzahl der Barriereschichten 142.
In einem bevorzugten Beispiel beträgt die Dicke der Barriereschicht 142 der ersten Schicht, die der Elektroneneinfallsfläche 10a am nächsten liegt, 80 % oder weniger, und vorzugsweise 20 % oder weniger, einer durchschnittlichen Dicke der Barriereschichten 142. Die Dicke der Barriereschicht 142 der zweiten Schicht (d.h. der Barriereschicht 142, die an die Barriereschicht 142 angrenzt, die der Elektroneneinfallsfläche 10a am nächsten ist) beträgt 90 % oder weniger und vorzugsweise 80 % oder weniger der durchschnittlichen Dicke der Vielzahl von Barriereschichten 142.

Die folgende Tabelle 1 zeigt als ein Beispiel die Dicken der jeweiligen Barriereschichten 142 in einem Fall, in dem die Dicken der Barriereschichten 142 der ersten Schicht und der zweiten Schicht 9 % bzw. 65 % der durchschnittlichen Dicke der Barriereschichten 142 betragen. Die folgende Tabelle 2 zeigt als weiteres Beispiel die Dicken der jeweiligen Barriereschichten 142 für den Fall, dass die Dicken der Barriereschichten 142 der ersten Schicht und der zweiten Schicht 80 % bzw. 90 % der mittleren Dicke der Barriereschichten 142 betragen. Die folgende Tabelle 3 zeigt als weiteres Beispiel die Dicken der jeweiligen Barriereschichten 142 für den Fall, dass die Dicken der Barriereschichten 142 der ersten Schicht und der zweiten Schicht 20 % bzw. 80 % der mittleren Dicke der Barriereschichten 142 betragen. [Tabelle]

Barriereschichtnummer	Dicke (nm)	Unterschied zur vorherigen Schicht (nm)	Verhältnis von Dickenunterschied von der vorhergehenden Schicht zum Gesamtdurchschnitt
1. Schicht -	21	-	-
2. Schicht	146	125	3.6
3. Schicht	199	53	1.5
4. Schicht	235	36	-
5. Schicht	260	25	-
6. Schicht	278	18	-
7. Schicht	291	13	-
8. Schicht	298	7	-
9. Schicht	300	2	-
Gesamtdicke	2028	-	-
Durchschnittliche Dicke	225.3	34.9	-

[Tabelle 2]

Barriereschichtnummer	Dicke (nm)	Unterschied zur vorherigen Schicht (nm)	Verhältnis von Dickenunterschied von der vorhergehenden Schicht zum Gesamtdurchschnitt
1. Schicht -	180.0	-	-
2. Schicht	202.5	22.5	3.3
3. Schicht	234.6	32.1	4.7
4. Schicht	234.6	0.0	-
5. Schicht	234.6	0.0	-
6. Schicht	234.6	0.0	-
7. Schicht	234.6	0.0	-
8. Schicht	234.6	0.0	-
9. Schicht	234.6	0.0	-
Gesamtdicke	2025	-	-
Durchschnittliche Dicke	225	6.8	-

Tabelle3]

Barriereschichtnummer	Dicke (nm)	Unterschied zur vorherigen Schicht (nm)	Verhältnis von Dickenunterschied von der vorhergehenden Schicht zum Gesamtdurchschnitt
1. Schicht -	45.0	-	-
2. Schicht	180.0	135.0	5.1
3. Schicht	257.1	77.1	2.9
4. Schicht	257.1	0.0	-
5. Schicht	257.1	0.0	-
6. Schicht	257.1	0.0	-
7. Schicht	257.1	0.0	-
8. Schicht	257.1	0.0	-
9. Schicht	257.1	0.0	-
Gesamtdicke	2025	-	-
Durchschnittliche Dicke	225	26.5	-

In diesen Beispielen sind neun Barriereschichten 142 vorgesehen. Die erste Topfschicht 141 befindet sich zwischen der Barriereschicht 142 der ersten Schicht und der Barriereschicht 142 der zweiten Schicht, gerechnet von der Seite der Elektroneneinfallsfläche 10a. Anschließend wird die n-te (n = 2, ..., 8) Topfschicht 141 zwischen der Barriereschicht 142 der n-ten Schicht und der Barriereschicht 142 der (n+1)-ten Schicht, von der Seite der Elektroneneinfallsfläche 10a aus gesehen, bereitgestellt.
Darüber hinaus ist zwischen der letzten Topfschicht (9. Schicht) 141 und der zweiten Pufferschicht 14B eine Barriereschicht 143 (siehe 2) mit der gleichen Zusammensetzung wie jede Barriereschicht 142 vorgesehen. Die Dicke der Barriereschicht 143 hat keinen Einfluss auf die Eigenschaften des Lichtemitters 10 und beträgt z. B. 10 nm. Darüber hinaus kann die Barriereschicht 143 bei Bedarf auch weggelassen werden.
Im Beispiel der obigen Tabelle 1 wird die Barriereschicht 142 dicker, wenn der Abstand von der Elektroneneinfallsfläche 10a in allen mehreren Barriereschichten 142 zunimmt, und selbst wenn beispielsweise einige Barriereschichten 142, die in einer großen Anzahl von Barriereschichten 142 enthalten sind, die obige Bedingung nicht erfüllen, wird die Wirkung der später beschriebenen vorliegenden Ausführungsform kaum beeinträchtigt. Das heißt, in einem Fall, in dem eine bestimmte Barriereschicht 142 (erste Barriereschicht), die in der Vielzahl von Barriereschichten 142 enthalten ist, dicker ist als eine andere Barriereschicht 142 (zweite Barriereschicht), die sich auf der Seite der Elektroneneinfallsfläche 10a in Bezug auf die bestimmte Barriereschicht 142 befindet, wird die Wirkung der vorliegenden, später beschriebenen Ausführungsform in geeigneter Weise gezeigt.
In diesem Fall kann die andere Barriereschicht 142 die Barriereschicht 142 der ersten Schicht sein, die der Elektroneneinfallsfläche 10a am nächsten liegt und die dünnste Schicht ist. Ferner kann, wie oben beschrieben, die Dicke der Barriereschicht 142 der ersten Schicht, die der Elektroneneinfallsfläche 10a am nächsten liegt, auf 80 % oder weniger (vorzugsweise 20 % oder weniger) der durchschnittlichen Dicke der Barriereschichten 142 eingestellt werden, und die Dicke der Barriereschicht 142 der zweiten Schicht kann auf 90 % oder weniger (vorzugsweise 80 % oder weniger) der durchschnittlichen Dicke der Vielzahl von Barriereschichten 142 eingestellt werden.
Wenn die N (N ist eine ganze Zahl von 1 oder mehr) Barriereschichten 142 in eine erste Gruppe von N1 (1 ≦ N1 ≦ N-1) Schichten auf der Seite der Elektroneneinfallsfläche 10a und eine zweite Gruppe von N2 (1 ≦ N2 ≦ N-1 und N1 + N2 = N) Schichten auf der Seite des Substrats 12 unterteilt sind, die durchschnittliche Dicke der Barriereschichten 142 der ersten Gruppe kleiner sein kann als die durchschnittliche Dicke der Barriereschichten 142 der zweiten Gruppe (mit anderen Worten, die in der ersten Gruppe eingefügten Topfschichten 141 sind dicht angeordnet, und die in der zweiten Gruppe eingefügten Topfschichten 141 sind spärlich angeordnet).
In der obigen Tabelle 1 bis Tabelle 3 ist auch der Dickenunterschied zwischen den aneinander angrenzenden Barriereschichten 142 dargestellt. In dem in Tabelle 1 gezeigten Beispiel nimmt der Dickenunterschied zwischen den aneinandergrenzenden Barriereschichten 142 mit zunehmendem Abstand von der Elektroneneinfallsfläche 10a ab.
Darüber hinaus nimmt in dem in Tabelle 1 gezeigten Beispiel der Dickenunterschied zwischen benachbarten Barriereschichten 142 mit zunehmendem Abstand von der Elektroneneinfallsfläche 10a in allen mehreren Barriereschichten 142 ab, und selbst wenn beispielsweise einige wenige Barriereschichten 142 in einer großen Anzahl von Barriereschichten 142 die obige Bedingung nicht erfüllen, wird der später beschriebene Effekt kaum beeinträchtigt. Das heißt, in einem Fall, in dem der Dickenunterschied zwischen einem bestimmten Paar aneinandergrenzender Barriereschichten 142, die in der Vielzahl von Barriereschichten 142 enthalten sind, kleiner ist als der Dickenunterschied zwischen einem anderen Paar aneinandergrenzender Barriereschichten 142, die sich auf der Seite der Elektroneneinfallsfläche 10a in Bezug auf das bestimmte Paar von Barriereschichten 142 befinden, wird der später beschriebene Effekt in geeigneter Weise gezeigt.
Ferner kann der Dickenunterschied zwischen der Barriereschicht 142 der ersten Schicht, die der Elektroneneinfallsfläche 10a am nächsten ist, und der Barriereschicht 142 der zweiten Schicht auf das Dreifache oder mehr des durchschnittlichen Dickenunterschieds zwischen den Barriereschichten 142 in der gesamten Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C eingestellt werden, und der Dickenunterschied zwischen der Barriereschicht 142 der zweiten Schicht und der Barriereschicht 142 der dritten Schicht kann auf das 1,2-fache oder mehr des durchschnittlichen Dickenunterschieds zwischen den Barriereschichten 142 in der gesamten Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C eingestellt werden.
Die leitende Schicht 18 wird als eine Elektrode verwendet, um Elektronen zu dem Lichtemitter 10 zu leiten. Die leitende Schicht 18 enthält beispielsweise hauptsächlich ein Metall, in einem Beispiel hauptsächlich AI. Die Dicke der leitfähigen Schicht 18 beträgt beispielsweise 10 nm oder mehr und 1000 nm oder weniger, und in einem Beispiel beträgt sie etwa 300 nm.
Wenn die leitende Schicht 18 hauptsächlich ein Metall enthält, funktioniert die leitende Schicht 18 auch als Lichtreflexionsfilm. Das heißt, ein Teil des Lichts, das in der Mehrfach-Quantentopf-Struktur 14C erzeugt wird, erreicht das Substrat 12 direkt von der Mehrfach-Quantentopf-Struktur 14C und wird zur Außenseite des Lichtemitters 10 ausgegeben, indem es durch das Substrat 12 übertragen wird, und der verbleibende Teil des Lichts, das in der Mehrfach-Quantentopf-Struktur 14C erzeugt wird, erreicht die leitende Schicht 18 von der Mehrfach-Quantentopf-Struktur 14C und wird zur Außenseite des Lichtemitters 10 ausgegeben, indem es von der leitenden Schicht 18 reflektiert und dann durch das Substrat 12 übertragen wird.
Des Weiteren wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung des Lichtemitters 10 beschrieben. Zunächst wird das Substrat 12 in eine Wachstumskammer einer metallorganische Gasphasenepitaxie -Anlage (engl. MOVPE - Anlage. metal-organic vapor phase epitaxy-Anlage) eingebracht und 10 Minuten lang bei 1100° C in einer Wasserstoffatmosphäre einer Wärmebehandlung unterzogen, um die Hauptoberfläche 12a zu reinigen. Anschließend wird die Temperatur des Substrats 12 auf 500° C gesenkt und die erste Pufferschicht 14A abgeschieden, und dann wird die Temperatur des Substrats 12 auf 1100° C erhöht und die zweite Pufferschicht 14B epitaktisch aufgewachsen.
Danach wird die Temperatur des Substrats 12 auf 800° C gesenkt, um die Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C aus InxGa1-xN/GaN zu bilden. Die Zusammensetzung x liegt in einem Bereich von 0,1 bis 0,2 und beträgt im vorliegenden Beispiel 0,15, wobei das Zusammensetzungsverhältnis nicht auf den oben beschriebenen Bereich beschränkt ist, solange die Bandlücke der Topfschicht 141 kleiner ist als die Bandlücke der Barriereschicht 142.
Ferner wird das Substrat 12 in eine Abscheidungsvorrichtung übertragen, und die leitende Schicht 18 wird auf der Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C gebildet, wodurch die Herstellung des Lichtemitters 10 abgeschlossen wird.
Zusätzlich kann in dem oben beschriebenen Beispiel Trimethylgallium (Ga(CH3)3 : TMGa) als Ga-Quelle, Trimethylindium (In(CH3)3 : TMIn) als In-Quelle, Ammoniak (NH3) als N-Quelle, Wasserstoffgas (H2) oder Stickstoffgas (N2) als Trägergas und Monosilan (SiH4) als Si-Quelle verwendet werden. Darüber hinaus können auch andere metallorganische Materialien (z. B. Triethylgallium (Ga(C2H5)3 : TEGa), Triethylindium (In(C2H5)3 : TEIn) und dergleichen) und andere Hydride (z. B. Disilan (Si2H4) und dergleichen) verwendet werden.
Ferner wird die MOVPE-Vorrichtung in dem oben beschriebenen Beispiel verwendet, und ferner kann eine Hydrid-Dampfphasenepitaxie (HVPE)-Vorrichtung oder eine Molekularstrahlepitaxie (MBE)-Vorrichtung verwendet werden. Darüber hinaus ist die Wachstumstemperatur nicht auf die oben genannte Temperatur beschränkt.
Effekte, die durch den Lichtemitter 10 der vorliegenden Ausführungsform mit der oben beschriebenen Konfiguration erzielt werden, werden beschrieben. Wenn in dem Lichtemitter 10 Elektronen von der Seite der Elektroneneinfallsfläche 10a auf die Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C einfallen, wird durch Emissionsrekombination (Kathodolumineszenz) in der Topfschicht 141 Licht erzeugt. Das Licht wird durch das Substrat 12 transmittiert und an die Außenseite des Lichtemitters 10 abgegeben.
Darüber hinaus sind (a) bis (c) in 3 Diagramme, die Simulationsergebnisse von Elektronen zeigen, die auf den Lichtemitter 10 einfallen und in diesem diffundieren, und zwar mittels einer Monte-Carlo-Methode, und die Elektronendichte wird durch Licht und Farbschattierung dargestellt. Je dunkler die Farbe ist, desto höher ist die Elektronendichte. (a) bis (c) in 3 zeigen jeweils Fälle, in denen die Beschleunigungsspannung für den Elektronenstrahl auf 10 kV, 30 kV und 40 kV eingestellt ist. Wie aus diesen Abbildungen ersichtlich ist, diffundieren die Elektronen bei niedriger Beschleunigungsspannung für den Elektronenstrahl nur in einem flachen Bereich des Lichtemitters 10 und dringen nicht tief ein. Wird die Beschleunigungsspannung für den Elektronenstrahl hingegen hoch, dringen die Elektronen in einen tiefen Bereich des Lichtemitters 10 ein. Ferner sind die Ausbreitungsrichtungen der Elektronen im Lichtemitter 10 zufällig, und die Elektronen breiten sich im Wesentlichen halbkugelförmig aus.
Wie oben beschrieben, kann es in dem Lichtemitter zur Umwandlung von Elektronen in Licht wünschenswert sein, die Lichtumwandlungseffizienz von einer niedrigen Beschleunigungsspannung zu einer hohen Beschleunigungsspannung zu verbessern. Wie in (c) in 3 gezeigt, erreicht der Elektronenstrahl eine tiefe Position im Lichtemitter, wenn die Beschleunigungsspannung für den einfallenden Elektronenstrahl hoch ist. Um die Lichtumwandlungseffizienz für den Elektronenstrahl bei hoher Beschleunigungsspannung zu verbessern, ist es daher wünschenswert, die Dicke der Mehrfach-Quantentopfstruktur zu erhöhen. Um die Dicke der Mehrfach-Quantentopfstruktur zu erhöhen, kann die Dicke der Barriereschicht erhöht werden. In diesem Fall besteht jedoch das Problem, dass die Lichtumwandlungseffizienz für den Elektronenstrahl mit der niedrigen Beschleunigungsspannung, der nur eine flache Position im Lichtemitter erreicht, reduziert wird.
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Barriereschicht 142, die sich in einer relativ flachen Position von der Elektroneneinfallsfläche 10a befindet, dünner als die Barriereschicht 142, die sich in einer relativ tiefen Position befindet. Daher ist die Topfschicht 141, die sich auf der gegenüberliegenden Seite der Elektroneneinfallsfläche 10a befindet, wobei die Barriereschicht 142 an einer relativ flachen Position dazwischen angeordnet ist, näher an der Elektroneneinfallsfläche 10a angeordnet als in dem Fall, in dem die Dicken der Barriereschichten 142 gleich sind. Dadurch ist es möglich, die Lichtumwandlungseffizienz für den Elektronenstrahl mit der niedrigen Beschleunigungsspannung, wie in (a) in 3 gezeigt, zu verbessern.
Ferner ist die Barriereschicht 142, die sich an einer relativ tiefen Position befindet, dicker als die Barriereschicht 142, die sich an einer relativ flachen Position befindet. Daher ist die Topfschicht 141, die sich auf der gegenüberliegenden Seite der Elektroneneinfallsfläche 10a befindet, wobei die Barriereschicht 142, die sich an einer relativ tiefen Position befindet, dazwischen angeordnet ist, weit von der Elektroneneinfallsfläche 10a angeordnet. Auf diese Weise ist es möglich, die Lichtumwandlungseffizienz selbst bei tiefem Eindringen des Elektronenstrahls mit der hohen Beschleunigungsspannung beizubehalten, wie in (c) in 3 gezeigt.
Da sich der Elektronenstrahl im Inneren des Lichtemitters 10 halbkugelförmig ausbreitet, fangen die in der Nähe der Elektroneneinfallsfläche 10a dicht angeordneten Quantentöpfe die Elektronen auch bei hoher Beschleunigungsspannung zuverlässig ein, wie in (c) in 3 gezeigt. Durch die oben beschriebene Veränderung der Dicke der Barriereschicht 142 in Abhängigkeit vom Abstand zur Elektroneneinfallsfläche 10a kann zudem die Lichtkonversionseffizienz von der niedrigen Beschleunigungsspannung zur hohen Beschleunigungsspannung verbessert werden.
Da die Elektronen dazu neigen, innerhalb der Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C halbkugelförmig zu diffundieren, ist nach den Erkenntnissen der vorliegenden Erfinder die Anregungsdichte im Quantentopf in der Nähe der Elektroneneinfallsfläche 10a hoch. Daher ist die Anregung des Quantentopfs durch die Diffusionselektronen in der Tiefenrichtung reduziert. Daher ist es wünschenswert, dass das Quantentopfintervall, d.h. die Dicke der Barriereschicht 142, in der Nähe der Elektroneneinfallsfläche 10a dünner ist als das Quantentopfintervall, d.h. die Dicke der Barriereschicht 142, am weitesten von der Elektroneneinfallsfläche 10a entfernt.
Ferner kann, wie in der vorliegenden Ausführungsform, die Barriereschicht 142, die der Elektroneneinfallsfläche 10a in der Vielzahl von Barriereschichten 142 am nächsten ist, eine dünnste Schicht in der Vielzahl von Barriereschichten 142 sein. In diesem Fall ist die Position der der Elektroneneinfallsfläche 10a am nächsten liegenden Topfschicht 141 näher an der Elektroneneinfallsfläche 10a. Dadurch kann die Lichtumwandlungseffizienz für den Elektronenstrahl mit der niedrigen Beschleunigungsspannung weiter verbessert werden.
Ferner kann, wie in der vorliegenden Ausführungsform, die Dicke der Barriereschicht 142 der ersten Schicht, die der Elektroneneinfallsfläche 10a am nächsten liegt, in der Vielzahl der Barriereschichten 142 80 % oder weniger der durchschnittlichen Dicke der Vielzahl der Barriereschichten 142 betragen. In diesem Fall liegt die Position der der Elektroneneinfallsfläche 10a am nächsten liegenden Topfschicht 141 nahe an der Elektroneneinfallsfläche 10a. Dadurch kann die Lichtumwandlungseffizienz für den Elektronenstrahl mit der niedrigen Beschleunigungsspannung weiter verbessert werden. Vorzugsweise kann die Dicke der Barriereschicht 142 der ersten Schicht 20 % oder weniger der durchschnittlichen Dicke der mehreren Barriereschichten 142 betragen.
Ferner kann, wie in der vorliegenden Ausführungsform, die Dicke der Barriereschicht 142 der zweiten Schicht, die an die Barriereschicht 142 angrenzt, die der Elektroneneinfallsfläche 10a in der Vielzahl der Barriereschichten 142 am nächsten ist, 90% oder weniger der durchschnittlichen Dicke der Vielzahl der Barriereschichten 142 betragen. Noch bevorzugter kann die Dicke der Barriereschicht 142 der zweiten Schicht 80 % oder weniger der durchschnittlichen Dicke der Vielzahl von Barriereschichten 142 betragen.
Ferner kann, wie in der vorliegenden Ausführungsform, in der Mehrzahl der Barriereschichten 142 die Dicke mit zunehmendem Abstand von der Elektroneneinfallsfläche 10a zunehmen. In diesem Fall kann eine geeignete Anordnung der Topfschichten 141 in Abhängigkeit von verschiedenen Größen der Beschleunigungsspannung realisiert werden, und die Lichtumwandlungseffizienz kann weiter verbessert werden.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform ist es ferner vorzuziehen, dass der Dickenunterschied zwischen den aneinander angrenzenden Barriereschichten 142 mit zunehmendem Abstand von der Elektroneneinfallsfläche 10a abnimmt. Wie oben beschrieben, neigen die Elektronen dazu, innerhalb der Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C halbkugelförmig zu diffundieren. Daher nimmt die Diffusion Elektronenmenge exponentiell in Richtung der Tiefe ab. Wenn also der Dickenunterschied zwischen den aneinander angrenzenden Barriereschichten 142 mit zunehmendem Abstand von der Elektroneneinfallsfläche 10a abnimmt, ist es möglich, eine geeignetere Anordnung der Topfschichten 141 entsprechend der Diffusionselektronenmenge für jede Tiefe zu realisieren und die Lichtumwandlungseffizienz erheblich zu verbessern.
Des Weiteren kann, wie in der vorliegenden Ausführungsform, die Zusammensetzung der Vielzahl von Topfschichten 141 untereinander gleich sein. In diesem Fall kann die Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C leicht hergestellt werden.
Darüber hinaus wird ein Ergebnis der Verifizierung der oben genannten Effekte beschrieben. Ein Diagramm G1 in 4 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einer Beschleunigungsspannung für einfallende Elektronen und einer Spitzenintensität der Kathodolumineszenz (CL) (insbesondere ein Spitzenzählwert eines Emissionsspektrums bei jeder Beschleunigungsspannung) in dem Lichtemitter 10 der vorliegenden Ausführungsform zeigt (die Dicken der Barriereschichten 142 sind wie in Tabelle 1 gezeigt). Ferner ist das Diagramm G2 in 4 ein Diagramm, das die Beziehung zeigt, wenn die Dicken der mehreren Barriereschichten 142 als Vergleichsbeispiel einheitlich gemacht werden. 5 ist ein Diagramm, das einen Teil von 4 in vergrößerter Form zeigt. Im Diagramm G2 sind die Dicken der Barriereschichten 142 auf 225 nm eingestellt. Ferner ist in den Diagrammen G1 und G2 die Anzahl der Barriereschichten 142 auf 9 festgelegt.
In der vorliegenden Ausführungsform (Diagramm G1), wie in 5 gezeigt, ist die CL-Spitzenintensität in einem Bereich, in dem die Beschleunigungsspannung niedrig ist, größer als im Vergleichsbeispiel (Diagramm G2). Insbesondere bei einer Beschleunigungsspannung von 6 kV ist die CL-Spitzenintensität etwa fünfmal größer als im Vergleichsbeispiel (Diagramm G2), und bei einer Beschleunigungsspannung von 8 kV ist die Spitzenintensität etwa zweimal so groß wie im Vergleichsbeispiel. Es wird davon ausgegangen, dass der obige signifikante Unterschied dadurch verursacht wird, dass die Barriereschicht 142 der ersten Schicht in der vorliegenden Ausführungsform extrem dünn (21 nm) ist.
In einem Bereich, in dem die Beschleunigungsspannung 40 kV übersteigt, nimmt die CL-Spitzenintensität im Vergleichsbeispiel (Diagramm G2) allmählich ab, wenn die Beschleunigungsspannung zunimmt. Es wird angenommen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die Elektronen, die die Mehrfach-Quantentopfstruktur durchlaufen, mit zunehmender Beschleunigungsspannung allmählich zunehmen.
Andererseits ist der Grad der Abnahme der CL-Peak-Intensität in der vorliegenden Ausführungsform (Diagramm G1) aufgrund der Erhöhung der Beschleunigungsspannung im Vergleich zum Vergleichsbeispiel (Diagramm G2) unterdrückt. Dies deutet darauf hin, dass die Lichtumwandlungseffizienz gegenüber dem Vergleichsbeispiel (Diagramm G2) deutlich verbessert wird, indem die Elektronen, die sich zum Zeitpunkt der hohen Beschleunigungsspannung sphärisch ausbreiten, von den dicht an der Oberfläche angeordneten Quantenmulden zuverlässig eingefangen werden.
(Zweite Ausführungsform)
6 ist eine Querschnittsansicht, die eine Konfiguration eines Elektronenstrahldetektors 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt, und zeigt einen Querschnitt entlang einer Dickenrichtung. Der Elektronenstrahldetektor 20 umfasst den Lichtemitter 10 der ersten Ausführungsform, ein isolierendes optisches Element (Lichtleiterelement) 22 und einen Photodetektor 30. Das optische Element 22 ist ein Beispiel für ein lichtdurchlässiges Element in der vorliegenden Ausführungsform, hat eine isolierende Eigenschaft und ist zwischen dem Lichtemitter 10 und dem Fotodetektor 30 angeordnet, um den Lichtemitter 10 und den Fotodetektor 30 zu integrieren.
Die Rückfläche 12b des Substrats 12 des Lichtemitters 10 und eine Lichteinfallsfläche 30a des Fotodetektors 30 sind über das optische Element 22 optisch gekoppelt. Insbesondere ist eine Endfläche des optischen Elements 22 mit der Lichteinfallsfläche 30a gekoppelt, und die andere Endfläche des optischen Elements 22 ist mit dem Lichtemitter 10 gekoppelt. Das optische Element 22 kann ein Lichtleiter, wie z. B. eine faseroptische Platte (FOP), oder eine Linse zur Fokussierung des im Lichtsender 10 erzeugten Lichts auf die Lichteinfallsfläche 30a sein.
Eine lichtdurchlässige Adhäsionsschicht AD2 ist zwischen dem optischen Element 22 und dem Photodetektor 30 angeordnet, und eine relative Position zwischen dem optischen Element 22 und dem Photodetektor 30 wird durch die Adhäsionsschicht AD2 fixiert. Die Adhäsionsschicht AD2 enthält beispielsweise hauptsächlich ein lichtdurchlässiges Harz. Ferner ist eine Haftschicht AD1 zwischen der hinteren Oberfläche 12b des Substrats 12 des Lichtemitters 10 und dem optischen Element 22 angeordnet.
Die Adhäsionsschicht AD1 umfasst eine SiN-Schicht ADa, die auf der Rückfläche 12b vorgesehen ist, und eine SiO2-Schicht ADb, die auf der SiN-Schicht ADa vorgesehen ist. In einem Beispiel sind die Rückfläche 12b und die SiN-Schicht ADa miteinander in Kontakt, und die SiN-Schicht ADa und die SiO2-Schicht ADb sind miteinander in Kontakt. Die SiO2-Schicht ADb und das optische Element 22 sind mit einander verschmolzen. Da sowohl die SiO2-Schicht ADb als auch das optische Element 22 verkieselte Oxide, auch als ssilizifierte Oxide bezeichnet, sind, können diese durch Erhitzen verschmolzen werden.
Da die SiO2-Schicht ADb auf der SiN-Schicht ADa mit Hilfe eines Sputtering-Verfahrens oder ähnlichem gebildet wird, ist die Haftfestigkeit zwischen der SiN-Schicht ADa und der SiO2-Schicht ADb extrem hoch. Da die SiN-Schicht ADa auch auf der Rückseite 12b des Substrats 12 durch ein Sputtering-Verfahren oder ähnliches gebildet wird, ist die Haftfestigkeit zwischen der SiN-Schicht ADa und dem Substrat 12 ebenfalls extrem hoch. Daher sind das Substrat 12 und das optische Element 22 über die Adhäsionsschicht AD1 stark aneinander gebunden. Darüber hinaus fungiert die SiN-Schicht ADa auch als Antireflexionsschicht und unterdrückt oder reduziert die Reflexion des Lichts, das in der Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C auf der hinteren Oberfläche 12b erzeugt wird.
In dem Elektronenstrahldetektor 20 mit der obigen Struktur wird das in der Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C durch den Einfall der Elektronen erzeugte Licht nacheinander durch die Adhäsionsschicht AD1, das optische Element 22 und die Adhäsionsschicht AD2 übertragen, um die Lichteinfallsfläche 30a des Photodetektors 30 zu erreichen.
Die Lichteinfallsfläche 30a des Photodetektors 30 ist, wie oben beschrieben, über das Substrat 12, die Adhäsionsschicht AD1, das optische Element 22 und die Adhäsionsschicht AD2 optisch mit der der Elektroneneinfallsfläche 10a gegenüberliegenden Oberfläche der Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C gekoppelt. Der Photodetektor 30 ist empfindlich für das in der Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C erzeugte Licht.
Der Photodetektor 30 ist zum Beispiel eine Photomultiplier-Röhre. In diesem Fall umfasst der Fotodetektor 30 einen Vakuumbehälter 31. Der Vakuumbehälter 31 umfasst ein Seitenrohr 31a aus Metall, ein Lichteinfallsfenster (Frontplatte) 31b, das eine Öffnung an einem oberen Abschnitt des Seitenrohrs 31a verschließt, und eine Schaftplatte 31c, die eine Öffnung an einem unteren Abschnitt des Seitenrohrs 31a verschließt. In dem Vakuumbehälter 31 sind eine Photokathode 32, die auf einer Innenfläche des Lichteinfallsfensters 31b ausgebildet ist, und eine Elektrodeneinheit 33 mit einem Elektronenvervielfacher und einer Anode angeordnet. Der Elektronenvervielfacher umfasst z.B. eine Mikrokanalplatte oder eine Dynode vom Gittertyp.
Die Lichteinfallsfläche 30a ist eine Außenfläche des Lichteinfallsfensters 31b, und das auf die Lichteinfallsfläche 30a einfallende Licht wird durch das Lichteinfallsfenster 31b übertragen und fällt auf die Photokathode 32. Die Photokathode 32 führt als Reaktion auf den Lichteinfall eine photoelektrische Umwandlung durch und emittiert erzeugte Photoelektronen in einen Innenraum des Vakuumbehälters 31.
Die Photoelektronen werden durch den Elektronenvervielfacher der Elektrodeneinheit 33 multipliziert. Die vervielfachten Elektronen werden an der Anode der Elektrodeneinheit 33 gesammelt. Die von der Anode der Elektrodeneinheit 33 gesammelten Elektronen werden durch einen von mehreren Stiften 31p, die die Schaftplatte 31c durchdringen, zur Außenseite des Photodetektors 30 abgeleitet. Darüber hinaus wird über einen weiteren Stift 31p ein vorbestimmtes Potenzial an den Elektronenvervielfacher der Elektrodeneinheit 33 angelegt. Das Potential der metallischen Seitenröhre 31a beträgt 0 V, und die Photokathode 32 ist elektrisch mit der Seitenröhre 31a gekoppelt.
Der Elektronenstrahldetektor 20 der oben beschriebenen vorliegenden Ausführungsform umfasst den Lichtemitter 10 der ersten Ausführungsform. So ist es möglich, die Effizienz der Elektronenstrahldetektion von der niedrigen Beschleunigungsspannung zur hohen Beschleunigungsspannung zu verbessern. Ferner ist das isolierende optische Element 22 zwischen dem Lichtemitter 10 und dem Photodetektor 30 angeordnet, und somit kann der Photodetektor 30 unabhängig von der an den Lichtemitter 10 angelegten Spannung stabil betrieben werden.
(Dritte Ausführungsform)
Der Elektronenstrahldetektor 20 der zweiten Ausführungsform kann in einem Rasterelektronenmikroskop (SEM), einem Massenspektrometer und dergleichen verwendet werden. 7 ist ein Diagramm, das schematisch eine Konfiguration eines SEM 40 mit kritischer Abmessung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt. Das SEM 40 mit kritischer Abmessung umfasst ein SEM 41 zum Erfassen eines Bildes eines Untersuchungsobjekts, eine Steuereinheit 42 zum Durchführen einer Gesamtsteuerung, eine Speichereinheit 43 zum Speichern des erfassten Bildes und dergleichen in einer Magnetplatte, einem Halbleiterspeicher oder dergleichen, und eine Bedien- oder Betriebseinheit 44 zum Durchführen eines Betriebs gemäß einem Programm.
Das SEM 41 umfasst einen beweglichen Tisch 46, auf dem ein Probenwafer 45 montiert ist, eine Elektronenquelle 47 zur Bestrahlung des Probenwafers 45 mit einem Elektronenstrahl EB1 und eine Vielzahl von (in dem in der Abbildung dargestellten Beispiel drei) Elektronenstrahldetektoren 20 zur Erfassung von Sekundärelektronen und reflektierten Elektronen, die von dem Probenwafer 45 erzeugt werden. Die Konfiguration des Elektronenstrahldetektors 20 ist die gleiche wie bei der zweiten Ausführungsform. Darüber hinaus umfasst das SEM 41 eine Elektronenlinse (nicht dargestellt) zum Fokussieren des Elektronenstrahls EB1 auf den Probenwafer 45, einen Deflektor (nicht dargestellt) zum Abtasten des Elektronenstrahls EB1 auf dem Probenwafer 45, eine Bilderzeugungseinheit 48 zum digitalen Umwandeln eines Signals von jedem Elektronenstrahldetektor 20, um ein digitales Bild zu erzeugen, und dergleichen.
Der bewegliche Tisch 46, die Elektronenquelle 47, zumindest der Lichtemitter 10 im Elektronenstrahldetektor 20, die Elektronenlinse und der Deflektor sind in einer Vakuumkammer 50 installiert. Die Bilderzeugungseinheit 48 und jeder Elektronenstrahldetektor 20 sind elektrisch miteinander verkabelt. Die Bilderzeugungseinheit 48, die Steuereinheit 42, die Speichereinheit 43 und die Betriebseinheit 44 sind über einen Datenbus 49 elektrisch miteinander gekoppelt.
Wenn eine Oberfläche des Probenwafers 45 durch den Elektronenstrahl EB1 abgetastet wird, während der Probenwafer 45 mit dem Elektronenstrahl EB1 bestrahlt wird, werden Sekundärelektronen und reflektierte Elektronen von der Oberfläche des Probenwafers 45 emittiert und zum Elektronenstrahldetektor 20 als Elektronenstrahl EB2 geführt. Der Elektronenstrahldetektor 20 wandelt den Elektronenstrahl EB2 in ein elektrisches Signal um, und das elektrische Signal wird entsprechend der Elektronenstromstärke des Elektronenstrahls EB2 von dem Stift 31p (siehe 6) ausgegeben. Das Bild des Probenwafers 45 kann durch Synchronisieren und Zuordnen der Abtastposition des Elektronenstrahls EB1 mit dem Ausgang des Elektronenstrahldetektors 20 erfasst werden.
Die Steuereinheit 42 hat eine Funktion zur Steuerung des Transfers des Probenwafers 45, eine Funktion zur Steuerung des beweglichen Tisches 46, eine Funktion zur Steuerung der Bestrahlungsposition des Elektronenstrahls EB1 und eine Funktion zur Steuerung der Abtastung des Elektronenstrahls EB1. Die Speichereinheit 43 hat einen Bereich zum Speichern der erfassten Bilddaten und einen Bereich zum Speichern von Abbildungsbedingungen (z. B. einer Beschleunigungsspannung und dergleichen). Die Betriebseinheit 44 hat die Funktion, eine Dimension eines Bauteils (eine Breite einer Rille oder dergleichen) auf der Grundlage von Licht und Schatten (Kontrast) in den Bilddaten zu berechnen.
Darüber hinaus können die Steuereinheit 42 und die Betriebseinheit 44 als Hardware ausgebildet sein, um die jeweiligen Funktionen zu realisieren, oder sie können als Software implementiert und unter Verwendung einer Mehrzweck-Betriebsvorrichtung (z. B. einer CPU, einer GPU oder dergleichen) ausgeführt werden.
Die kritische Abmessung SEM 40 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst den Lichtemitter 10 der ersten Ausführungsform. Dadurch ist es möglich, die Effizienz der Elektronenstrahlerfassung von der niedrigen Beschleunigungsspannung zur hohen Beschleunigungsspannung zu verbessern. Daher kann selbst dann, wenn der Probenwafer 45 eine tiefe Vertiefung und/oder eine Rille oder dergleichen aufweist, der entsprechende Abschnitt unter Verwendung der hohen Beschleunigungsspannung und der andere Abschnitt unter Verwendung der niedrigen Beschleunigungsspannung deutlich abgebildet werden.
Wenn beispielsweise eine Form jeder Schicht (Verdrahtungsbreite oder dergleichen) in einer mehrschichtigen Halbleitervorrichtung wie einer Halbleiterspeichervorrichtung gemessen wird, ist eine niedrige Beschleunigungsspannung (beispielsweise 3 bis 5 keV) ausreichend, um zu bewirken, dass Sekundärelektronen und reflektierte Elektronen den Lichtemitter 10 von der äußersten Schicht der Halbleitervorrichtung erreichen, aber eine hohe Beschleunigungsspannung (beispielsweise 30 keV oder mehr) ist erforderlich, um zu bewirken, dass Sekundärelektronen und reflektierte Elektronen den Lichtemitter 10 von der tiefsten Schicht erreichen. Gemäß des kritischen Dimensionen SEM 40 der vorliegenden Ausführungsform, da die Effizienz der Elektronenstrahldetektion von der niedrigen Beschleunigungsspannung zur hohen Beschleunigungsspannung verbessert werden kann, ist es möglich, die Form und Dimension jeder Schicht in der mehrschichtigen Halbleitervorrichtung eindeutig zu messen.
Der Lichtemitter, der Elektronenstrahldetektor und das Rasterelektronenmikroskop sind nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen und Konfigurationsbeispiele beschränkt und können auf verschiedene Weise modifiziert werden. Zum Beispiel sind die Zusammensetzungen, Dotierstoffkonzentrationen und Dicken der Topfschichten 141 und der Barriereschichten 142, die die Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C bilden, nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt.
Ferner sind die erste Pufferschicht 14A und die zweite Pufferschicht 14B im obigen Beispiel GaN-Schichten, und ferner können andere Zusammensetzungen verwendet werden, solange der Nitrid-Halbleiter mindestens eines oder mehrere von In, AI und Ga als Element der Gruppe III enthält, N als Hauptelement der Gruppe V enthält und eine lichtdurchlässige Eigenschaft für eine Emissionswellenlänge der Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C aufweist.
Weiterhin sind im obigen Beispiel die Topfschicht 141 und die Barriereschicht 142 in der Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C mit Si dotiert, und weiterhin können, ohne darauf beschränkt zu sein, andere Verunreinigungen (z. B. Mg) dotiert werden, und die Dotierung kann nicht wie erforderlich durchgeführt werden.
Ferner können die Topfschicht 141 und die Barriereschicht 142 der Mehrfach-Quantentopfstruktur 14C aus InxAlyGa1-x-yN (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) gebildet sein. Daher können neben der oben beschriebenen Kombination aus InGaN/GaN beispielsweise auch Kombinationen aus InGaN/AIGaN, InGaN/InGaN, GaN/AIGaN und dergleichen verwendet werden. Ferner können die Topfschicht 141 und die Barriereschicht 142 aus einem anderen Halbleiter als einem Nitrid-Halbleiter bestehen.
Ferner ist im obigen Beispiel die Anzahl der Schichten der Brunnenschicht 141 und der Barriereschicht 142 auf 9 festgelegt, und ferner kann die Anzahl der Schichten der Brunnenschicht 141 und der Barriereschicht 142 eine beliebige Anzahl von Schichten von zwei oder mehr sein. Ferner sind die in Tabelle 1 gezeigten Dicken der Barriereschichten 142 ein Beispiel, und die Barriereschichten 142 können verschiedene andere Dicken haben.
Ferner ist der Photodetektor 30 in 6 nicht auf die Photomultiplier-Röhre beschränkt, sondern kann beispielsweise eine Avalanche-Photodiode sein. Ferner ist das optische Element 22 nicht auf eine lineare Form beschränkt, sondern kann eine gekrümmte Form haben, und seine Größe kann entsprechend geändert werden.
Der Lichtemitter der obigen Ausführungsform ist ein Lichtemitter zum Umwandeln eines einfallenden Elektrons in Licht und enthält eine Mehrfach-Quantentopfstruktur zum Erzeugen des Lichts durch Einfall des Elektrons; und eine Elektroneneinfallsfläche, die auf der Mehrfach-Quantentopfstruktur vorgesehen ist, und eine erste Barrierenschicht, die in einer Vielzahl von Barrierenschichten enthalten ist, die die Mehrfach-Quantentopfstruktur bilden, ist dicker als eine zweite Barrierenschicht, die in der Vielzahl von Barrierenschichten enthalten ist und auf der Seite der Elektroneneinfallsfläche in Bezug auf die erste Barrierenschicht angeordnet ist.
In dem obigen Lichtemitter kann die zweite Barriereschicht eine Barriereschicht sein, die der Elektroneneinfallsfläche in der Vielzahl der Barriereschichten am nächsten ist. Außerdem kann in diesem Fall die zweite Barriereschicht die dünnste Schicht in der Vielzahl der Barriereschichten sein. Gemäß der obigen Konfiguration ist die Position der Topfschicht, die der Elektroneneinfallsfläche am nächsten liegt, näher an der Elektroneneinfallsfläche. Dadurch kann die Lichtumwandlungseffizienz für den Elektronenstrahl mit der niedrigen Beschleunigungsspannung weiter verbessert werden.
In dem obigen Lichtemitter kann die zweite Barriereschicht die Barriereschicht sein, die der Elektroneneinfallsfläche in der Vielzahl von Barriereschichten am nächsten ist, und eine Dicke der zweiten Barriereschicht kann 80% oder weniger einer durchschnittlichen Dicke der Vielzahl von Barriereschichten sein. In diesem Fall liegt die Position der Topfschicht, die der Elektroneneinfallsfläche am nächsten ist, nahe an der Elektroneneinfallsfläche. Dadurch kann die Lichtumwandlungseffizienz für den Elektronenstrahl mit der niedrigen Beschleunigungsspannung weiter verbessert werden. Ferner kann in der obigen Konfiguration die Dicke der zweiten Barriereschicht 20 % oder weniger der durchschnittlichen Dicke der mehreren Barriereschichten betragen.
Ferner kann in dem obigen Lichtemitter die erste Barriereschicht eine Barriereschicht sein, die an die Barriereschicht angrenzt, die der Elektroneneinfallsfläche in der Vielzahl von Barriereschichten am nächsten ist, und eine Dicke der ersten Barriereschicht kann 90% oder weniger einer durchschnittlichen Dicke der Vielzahl von Barriereschichten sein. Ferner kann in der obigen Konfiguration die Dicke der ersten Barriereschicht 80 % oder weniger der durchschnittlichen Dicke der Vielzahl von Barriereschichten betragen.
In dem obigen Lichtemitter kann die Dicke der mehreren Barriereschichten mit zunehmendem Abstand von der Elektroneneinfallsfläche zunehmen. In diesem Fall kann eine geeignete Anordnung der Topfschichten entsprechend den verschiedenen Größen der Beschleunigungsspannung realisiert werden, und die Lichtumwandlungseffizienz kann weiter verbessert werden.
In dem obigen Lichtemitter kann ein Dickenunterschied zwischen den aneinander angrenzenden Barriereschichten mit zunehmendem Abstand von der Elektroneneinfallsfläche abnehmen.
In dem obigen Lichtemitter kann die Zusammensetzung einer Vielzahl von Topfschichten, die die Mehrfach-Quantentopfstruktur bilden, gleich sein. In diesem Fall wird die Herstellung der Mehrfach-Quantentopfstruktur vereinfacht.
Der Elektronenstrahldetektor der obigen Ausführungsform umfasst den Lichtemitter der obigen Konfiguration; einen Photodetektor, der optisch mit einer Oberfläche der Mehrfach-Quantentopfstruktur gekoppelt ist, die der Elektroneneinfallsfläche gegenüberliegt, und der empfindlich auf das in der Mehrfach-Quantentopfstruktur erzeugte Licht reagiert; und ein lichtdurchlässiges Element, das zwischen dem Lichtemitter und dem Photodetektor angeordnet ist, um den Lichtemitter und den Photodetektor zu integrieren, und das eine isolierende Eigenschaft aufweist.
Das Rasterelektronenmikroskop der obigen Ausführungsform enthält den Lichtemitter der obigen Konfiguration; einen Photodetektor, der optisch mit einer Oberfläche der Mehrfach-Quantentopfstruktur gekoppelt ist, die der Elektroneneinfallsfläche gegenüberliegt, und der empfindlich auf das in der Mehrfach-Quantentopfstruktur erzeugte Licht reagiert; und eine Vakuumkammer, in der zumindest der Lichtemitter installiert ist, und das Rasterelektronenmikroskop einen Elektronenstrahl auf einer Oberfläche einer in der Vakuumkammer angeordneten Probe abtastet, Sekundärelektronen und reflektierte Elektronen von der Probe zu dem Lichtemitter leitet und ein Bild der Probe einfängt, indem es eine Abtastposition auf der Probe mit einem Ausgang des Photodetektors verknüpft.
Industrielle Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann als Lichtemitter, Elektronenstrahldetektor und Rasterelektronenmikroskop zur Verbesserung der Lichtumwandlungseffizienz von einer niedrigen Beschleunigungsspannung zu einer hohen Beschleunigungsspannung verwendet werden.
Bezugszeichenliste

10: Lichtemitter,
10a: Elektroneneinfallsfläche,
12: Substrat,
12a: Hauptoberfläche,
12b: Rückfläche,
14: Nitrid-Halbleiterschicht,
14A: erste Pufferschicht,
14B: zweite Pufferschicht,
14C: Mehrfach-Quantentopfstruktur,
18: leitende Schicht,
20: Elektronenstrahldetektor,
22: optisches Element,
30: Photodetektor,
30a: Lichteinfallsfläche,
31: Vakuumbehälter,
31a: Seitenrohr,
31b: Lichteinfallsfenster,
31c: Stammplatte,
31p: Stift,
32: Photokathode,
33: Elektrodeneinheit,
40: kritische Abmessung SEM,
41: Rasterelektronenmikroskop (SEM),
42: Steuereinheit,
43: Speichereinheit,
44: Betriebseinheit,
45: Probenwafer,
46: beweglicher Tisch,
47: Elektronenquelle,
48: Bilderzeugungseinheit,
49: Datenbus,
50: Vakuumkammer,
141: Topfschicht,
142, 143: Barriereschicht,
AD1, AD2: Adhäsionsschicht,
ADa: SiN-Schicht,
ADb: SiO2-Schicht,
EB1, EB2: Elektronenstrahl.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2005298603 [0003]
JP 2016015379 [0003]

Claims

Lichtemitter zur Umwandlung von einfallenden Elektronen in Licht, wobei der Lichtemitter umfasst: eine Mehrfach-Quantentopfstruktur zur Erzeugung des Lichts durch Einfall der Elektronen; und eine Elektroneneinfallsfläche, die auf der Mehrfach-Quantentopfstruktur vorgesehen ist, wobei eine erste Barriereschicht, die in einer Vielzahl von Barriereschichten enthalten ist, die die Mehrfach-Quantentopfstruktur bildet, dicker ist als eine zweite Barriereschicht, die in der Vielzahl von Barriereschichten enthalten ist und sich auf der Seite der Elektroneneinfallsoberfläche in Bezug auf die erste Barriereschicht befindet.
Lichtemitter nach Anspruch 1, wobei die zweite Barriereschicht eine Barriereschicht ist, die der Elektroneneinfallsfläche in der Vielzahl der Barriereschichten am nächsten liegt.
Lichtemitter nach Anspruch 2, wobei die zweite Barriereschicht eine dünnste Schicht in der Vielzahl von Barriereschichten ist.
Lichtemitter nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Dicke der zweiten Barriereschicht 80 % oder weniger der durchschnittlichen Dicke der Vielzahl von Barriereschichten beträgt.
Lichtemitter nach Anspruch 4, wobei die Dicke der zweiten Barriereschicht 20 % oder weniger der durchschnittlichen Dicke der Vielzahl von Barriereschichten beträgt.
Lichtemitter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die erste Barriereschicht eine Barriereschicht ist, die an die Barriereschicht angrenzt, die der Elektroneneinfallsfläche in der Vielzahl der Barriereschichten am nächsten ist, und die Dicke der ersten Barriereschicht 90% oder weniger der durchschnittlichen Dicke der Vielzahl der Barriereschichten beträgt.
Lichtemitter nach Anspruch 6, wobei die Dicke der ersten Barriereschicht 80% oder weniger der durchschnittlichen Dicke der Vielzahl von Barriereschichten beträgt.
Lichtemitter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in der Mehrzahl von Barriereschichten die Dicke mit zunehmendem Abstand von der Elektroneneinfallsfläche zunimmt.
Lichtemitter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Dickenunterschied zwischen den aneinandergrenzenden Barriereschichten mit zunehmendem Abstand von der Elektroneneinfallsfläche abnimmt.
Lichtemitter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Zusammensetzung einer Vielzahl von Topf-Schichten, die die Mehrfach-Quantentopfstruktur bilden, gleich ist.
Elektronenstrahldetektor, umfassend: den Lichtemitter nach einem der Ansprüche 1 bis 10; einen Photodetektor, der optisch mit einer Oberfläche der Mehrfach-Quantentopfstruktur gekoppelt ist, die der Elektroneneinfallsfläche gegenüberliegt, und der für das in der Mehrfach-Quantentopfstruktur erzeugte Licht empfindlich ist; und ein lichtdurchlässiges Element, das zwischen dem Lichtemitter und dem Fotodetektor angeordnet ist, um den Lichtemitter und den Fotodetektor zu integrieren, und das eine isolierende Eigenschaft aufweist.
Rasterelektronenmikroskop, umfassend: den Lichtemitter nach einem der Ansprüche 1 bis 10; einen Photodetektor, der optisch mit einer Oberfläche der Mehrfach-Quantentopfstruktur gekoppelt ist, die der Elektroneneinfallsfläche gegenüberliegt, und der für das in der Mehrfach-Quantentopfstruktur erzeugte Licht empfindlich ist; und eine Vakuumkammer, in der zumindest der Lichtemitter installiert ist, wobei das Rasterelektronenmikroskop einen Elektronenstrahl auf einer Oberfläche einer in der Vakuumkammer angeordneten Probe abtastet, Sekundärelektronen und reflektierte Elektronen von der Probe zu dem Lichtemitter leitet und ein Bild der Probe einfängt, indem es eine Abtastposition auf der Probe mit einer Ausgabe des Photodetektors verknüpft.