JP2004108911A

JP2004108911A - 発光素子の膜厚及び波長の測定方法と、前記測定に用いられる測定装置

Info

Publication number: JP2004108911A
Application number: JP2002271149A
Authority: JP
Inventors: Lacroix Yves; イーヴ・ラクロワ
Original assignee: Systems Kk Y; Y SYSTEMS KK
Current assignee: Systems Kk Y; Y SYSTEMS KK
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-18
Also published as: JP4009168B2

Abstract

【課題】特に簡単な方法で誤差が少なく発光素子の膜厚及び波長を求めることができる測定方法及び測定装置を提供することを目的としている。
【解決手段】基板８上に成膜された発光素子９の上下に第１光源部５と受光部４を設置し、前記第１光源部５から発光される光が前記発光素子９を透過して受光部４で受光され、得られたスペクトルデータから発光素子９の膜厚を測定すると共に、第２光源部７から発光された光が、前記発光素子９表面に照射され、前記発光素子９表面から放出されたフォトンを前記受光部４で受けとって、得られたスペクトルデータから発光素子９の波長を測定する。本発明の測定方法及び測定装置を用いれば、簡単な方法で誤差が少なく発光素子の膜厚及び波長を求めることができる。
【選択図】　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオードなどの発光素子の膜厚や波長の測定に係り、特に容易に且つ誤差が少ない測定方法及び測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円盤状の基板上に化学蒸着法（ＣＶＤ）などを用いて発光ダイオードなどの発光素子を成膜すると、成膜条件等の影響により、領域によって前記発光素子の膜厚や前記発光素子が発光する光の波長にばらつきが発生することが避けられない。
【０００３】
例えば青色発光ダイオードが発する光（青色光）の波長は約４５０ｎｍであるが、領域によっては約±２０ｎｍ程度の波長差が生じる。基板上には数千から数万個に相当する青色発光ダイオードが成膜され、成膜後、個々の青色発光ダイオードに切断されるが、基板上に青色発光ダイオードを成膜した時点で前記波長差が解れば、個々の青色発光ダイオードに切断するときに同じ波長を有するダイオード毎に区分けしやく、一定の品質を有するダイオードを製造しやすい。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２９２１２８公報
【特許文献２】
特開平１１−２５０９号公報
【特許文献３】
特開平１１−１７３８１３号公報
【特許文献４】
特開２０００−２５１４公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来では前記波長差を誤差が少なく、しかも容易に測定する方法が無かった。
【０００６】
また前記青色発光ダイオードの膜厚も領域によってばらつきが発生するが、前記膜厚の測定は成膜レートを知る上で極めて重要であり、正確な膜厚差を求めることができる測定方法及びその測定装置の開発が急務であった。
【０００７】
そこで本発明は上記従来の問題点を解決するためのものであり、特に簡単な方法で誤差が小さく発光素子の膜厚及び波長を求めることができる測定方法及び測定装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、発光素子の膜厚を測定する方法であって、
（ａ）所定帯域の波長を有する光を前記発光素子の膜厚方向から照射し、前記発光素子を透過した光を受光し、スペクトルを測定する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程で得られたスペクトルを、前記発光素子が各々の波長｛λ｝時に有する屈折率｛ｎ（λ）｝を前記波長｛λ｝で割った規定値［｛ｎ（λ）｝／｛λ｝］に対応するスペクトルデータに変換する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）工程で求められたスペクトルデータを、予め求められた前記発光素子がある膜厚のときの前記規定値［｛ｎ（λ）｝／｛λ｝］に対応するスペクトルデータと照らし合わせ、前記データどうしの一致度から発光素子の膜厚を算出する工程と、
を有することを特徴とするものである。
【０００９】
上記した膜厚の測定方法を用いれば、スペクトルデータにノイズが乗っていても、発光素子の膜厚を小さい誤差範囲で測定でき、また前記発光素子の波長に対する屈折率が波長毎に異なっている場合や、（ａ）工程で得られたスペクトルデータが周期毎に一定のピッチ間でない場合でも、前記発光素子の膜厚を容易に且つ小さい誤差範囲で測定できる。
【００１０】
また上記した膜厚測定では（ａ）工程で、前記発光素子の膜厚方向から光を透過させてスペクトルデータを得ており、このように光を透過させてスペクトルを得る方法であれば、前記発光素子表面と透過光の道筋（光軸）との間の角度が９０°から多少ずれている場合でも、前記発光素子の膜厚を小さい誤差範囲で測定することができる。
【００１１】
また本発明は、発光素子が発する光の波長を測定する方法であって、
（ｄ）前記発光素子の表面に所定帯域の波長を有する光を照射し、前記発光素子から放出されるフォトンを受光してフォトルミネセンススペクトルを得る工程と、
（ｅ）前記発光素子の膜厚方向から少なくとも前記所定帯域の波長を有する光を透過させてインターフェアランススペクトルを得る工程と、
（ｆ）前記（ｄ）工程で得られたフォトルミネセンススペクトルから前記（ｅ）工程で得られたインターフェアランススペクトルを除去して、前記発光素子が発する光の波長を算出する工程と、
を有することを特徴とするものである。
【００１２】
上記した波長測定の方法を用いれば、前記発光素子が発光する光の波長を容易に且つ小さい誤差範囲で測定できる。
【００１３】
特に本発明では、前記（ｅ）工程でのインターフェアランススペクトルには、前記の（ａ）工程で得られたスペクトルを用いることが好ましい。前記（ａ）工程で得られたスペクトルを膜厚と波長測定の双方で用いることで、前記発光素子の波長の測定を誤差を小さく行うことができ、しかも測定時間の短縮を図ることができる。
【００１４】
また本発明では、前記（ｄ）工程での波長帯域も含んだ広範囲の波長帯域を有する光を用いて、前記波長測定を、請求項１記載の（ａ）工程から（ｃ）工程までの膜厚測定と連続して行ってもよい。かかる場合、前記（ｅ）工程で必要なインターフェアランススペクトルには、前記（ａ）工程で得たスペクトルを用いることができ、測定時間の短縮を図ることができる。
【００１５】
あるいは本発明では、前記に記載の（ｄ）工程での波長帯域と異なる波長帯域を有する光を用いて前記に記載の（ａ）工程を、前記（ｄ）工程と同時に行って、前記発光素子の膜厚測定と波長測定とを同時に行ってもよい。かかる場合、前記（ａ）工程と前記（ｄ）工程を同時に行うとともに、前記の（ｅ）工程と（ｆ）工程を省略するため、測定時間の大幅な短縮を図ることができ、特にこの測定方法は、測定精度よりも測定時間を優先させたい場合に有効な手段である。
次に本発明は、発光素子の膜厚を測定するための装置であって、第１光源部とその受光部とが、前記発光素子の膜厚方向に対向して設けられ、前記第１光源部から発光された光が前記発光素子を透過して前記受光部に受光されて、前記発光素子の膜厚が測定されることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明は、前記発光素子の膜厚測定を、第１光源部からの光を前記発光素子に透過させて行うものであり、前記第１光源部と受光部とを前記発光素子の膜厚方向に対向して設けることで、前記膜厚測定を光透過型で行うことができる測定装置を容易に製造することが可能である。
【００１７】
また本発明では、前記第１光源部と受光部とが前記発光素子の膜面に対し垂直方向に設けられることが好ましい。
【００１８】
また本発明では、前記発光素子の下側に前記第１光源部が設けられ、前記発光素子の上側に前記受光部が設けられることが好ましい。
【００１９】
また本発明では、前記発光素子が発光する光の波長を測定するための第２光源部は、前記受光部と同じ発光素子の上側に設けられ、前記第２光源部から発光された光は、前記発光素子の表面に当てられ、前記発光素子の表面から放出されるフォトンが前記受光部に受光されて、前記発光素子の波長が測定されることが好ましい。
【００２０】
同じ装置内に第１光源部、第２光源部及び受光部を設けることで、前記発光素子の膜厚測定及び波長測定を一つの装置内で行うことができる。特に前記受光部は、前記発光素子の膜厚測定のための受光部のみならず波長測定の受光部としても使用でき、前記装置内に設置される部材の簡素化を図ることができる。
【００２１】
本発明では、前記第１光源部と受光部とを結ぶ光軸と前記発光素子表面との焦点に、前記第２光源部からの光が当たるように前記第２光源部の前記発光素子表面に対する傾きが決定されることが好ましい。これにより前記発光素子の波長測定を小さい誤差範囲で且つ容易に行うことができる。
【００２２】
また本発明では、前記第２光源部から発光された光は、前記第１光源部から発光された光よりも短波長の光であってよい。例えば一例を挙げれば前記発光素子が青色発光ダイオードである場合、第１光源部から発光される光は白色光であり、第２光源部から発光される光は紫外光である。
【００２３】
また本発明では、膜厚あるいは波長の測定時、前記発光素子が形成された基板は、前記基板表面と平行な方向に移動し、前記光源部及び受光部は固定されたままであることが好ましい。基板側を動かし、光源部及び受光部側を固定しておくことで、装置内部に設けられた部材のより簡単な動きで発光素子全体の膜厚測定及び波長測定を行うことができ、また発光素子の膜厚及び波長をより小さい誤差範囲で測定することが可能になる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明における発光素子の膜厚及び波長を測定するための測定装置の概念図である。
【００２５】
符号１は発光ダイオードなどの発光素子が成膜された基板を載せるための台であり、前記台１のほぼ中央に設けられた円盤状の穴部１ａに前記基板が嵌め込まれる。
【００２６】
前記台１上に所定距離離れて第１の光ファイバ２が設けられ、前記第１の光ファイバ２は前記台１の左側端部１ｂから右側端部１ｃにかけて前記台１を横断するように設けられる。また前記第１の光ファイバ２と高さ方向（図示Ｚ方向）に平行で且つ、前記台１の下に所定距離離れて第２の光ファイバ３が設けられる。前記第１の光ファイバ２には後述する受光部４（図２を参照）が設けられ、前記第２の光ファイバ３には後述する第１光源部５（図２を参照）が設けられている。前記第２の光ファイバ３は前記発光素子の膜厚を測定するための部材である。
【００２７】
一方、前記台１の図示右側には反射板６が設けられており、この反射板６で反射した光（点線で示す）が前記台１の上に載せられた基板上の発光素子表面に照射される。前記反射板６は光を反射してその光を前記発光素子上に照射するための第２光源部７（図２を参照）として機能している。前記第２光源部７は前記発光素子が発光する光の波長を測定するための部材である。
【００２８】
図２は、上記した第１光源部５、第２光源部７及び受光部４と、基板８上に形成された発光素子９との位置関係を説明するために各部材を正面から見た概念図である。
【００２９】
図２に示すように、第１光源部５と受光部４とは、基板８上に設けられた発光ダイオードなどの発光素子９の上下に対向して設けられ、前記第１光源部５から発光された光１０は、基板８及び発光素子９を透過して前記受光部４に受光されるようになっている。なお前記第１光源部５は高輝度放電ランプ（ＨＩＤ）あるいはハロゲンランプであることが好ましい。
【００３０】
図２では、前記受光部４と第１光源部５とが前記発光素子９の膜面に対して垂直な方向（図示Ｚ方向）に設けられていることが好ましい。本発明では後述するように、前記受光部４及び第１光源部５が、発光素子９の膜面に対して垂直な関係にない場合でも、前記発光素子９の膜厚をより小さい誤差範囲で測定できるが、より正確に前記発光素子９の膜厚を測定するには、前記受光部４と前記第１光源部５とが前記発光素子９の膜面に対して垂直な方向に設けられることが好ましい。
【００３１】
また図２のように前記基板８の下側に第１光源部５があり、前記発光素子９の上側に受光部４があることが好ましい。図１及び図２に示す測定装置は、発光素子９の膜厚とともに前記発光素子９が発光する光の波長も測定できるものであるが、前記発光素子９の波長測定のための第２光源部７は、発光素子９表面に光が照射されるように発光素子９の表面側に設けられるので、前記第２光源部７からの光が前記発光素子９表面に当てられて、前記発光素子９表面から放出されるフォトンを受け取る受光部４も前記発光素子９の上側に設けられていることが必要である。このため前記受光部４は前記発光素子９の上側に設けられ、前記第１光源部５は、前記基板８の下側に設けられることが好ましい。
【００３２】
図２に示すように前記発光素子９が発光する光の波長を測定するための第２光源部７は、前記受光部４と同じ前記発光素子９の上側に設けられ、前記第２光源部７から発光された光１１は、前記発光素子９表面に当てられ、前記発光素子９の表面からフォトンが前記受光部４で受光されて、前記発光素子９の波長が測定されるようになっている。
【００３３】
また図２に示すように、前記第１光源部５と受光部４とを結ぶ光軸１２と前記発光素子９表面との焦点１２ａに、前記第２光源部７からの光１１が当たるように前記第２光源部７の前記発光素子９表面に対する傾きが決定される。
【００３４】
前記第２光源部７からの光１１を前記光軸１２の前記発光素子９表面との焦点１２ａに照射させると、前記発光素子９内で反射されて前記発光素子９表面から出てくるフォトンをより適切に前記受光部４で受光することができ、前記発光素子９の波長測定をより正確に行うことが可能である。
【００３５】
上記したように第１光源部５は前記発光素子９の膜厚を測定するためのものであり、前記第２光源部７は前記発光素子９が発光する光の波長を測定するためのものである。前記第１光源部５から発光される光１０は、ある程度長い波長帯域を有していることがより正確な発光素子９の膜厚を測定する上で好ましく、前記第１光源部５から発光される光は広波長帯域の光であり例えば白色光であり、このとき前記光１０の波長は可視波長域全体となる。一方、第２光源部７から発光される光は、発光素子９が発光する光よりも短波長域であることが必要で、例えば前記発光素子９が青色発光ダイオードであれば、前記第２光源部７から発光される光は、３５０ｎｍ程度の波長域を有する紫外光であり、これによって前記発光素子９が発光する光の波長を正確に測定することができる。
【００３６】
また第１光源部５から発光された光１０は、発光素子９の膜厚測定と共に、前記発光素子９の波長測定の際にも使用できる。よって波長測定を精度良く行いたい場合には、前記第１光源部５から発光された光１０の波長は、発光素子９の膜厚測定の際に使用される波長帯域と前記発光素子９の波長測定の際に使用される波長帯域の双方を合わせた広い波長帯域であることが好ましい。
【００３７】
また測定精度よりも測定時間を優先させたい場合には、前記第１光源部５から発光される光を、前記発光素子９の発光波長帯域と重ならないようにフィルター補正を予めかけることで、前記膜厚測定と波長測定で使用するスペクトルデータを同時に測定することができる。
【００３８】
このため前記第１光源部５から発光される光は、前記第２光源部７から発光される光よりも長い波長帯域であることが好ましい。
【００３９】
また図１及び図２に示す測定装置では、発光素子９を有する基板８を載せた台１が前記台１の幅方向と平行な方向（図示Ｘ方向）及び台１の長さ方向と平行な方向（図示Ｙ方向）に移動して、前記基板８上の発光素子９の複数箇所の膜厚及び波長を測定できるようになっている。前記発光素子９の膜厚及び波長の測定の際には、前記第１光源部５、第２光源部７及び受光部４は動かず固定されており、前記台１のみを移動させることでより簡単な動きで、前記発光素子９の膜厚及び波長を容易に測定することが可能になっている。また台１側を動かし、光源部５、７及び受光部４側を動かさないことで、前記発光素子９の膜厚及び波長測定の際に前記装置内の部材の動きを最小限にでき、よって前記発光素子９の膜厚及び波長の測定をより正確なものにできる。
【００４０】
本発明では図１及び図２に示す測定装置を用いて前記発光素子９の膜厚を測定する。前記発光素子９は例えば発光ダイオードであり、図１及び図２に示す測定装置では、最近話題となっている青色発光ダイオードの膜厚測定にも使用できる。ここで発光ダイオードとは、図３に示すように基板上にバッファ層を介してＮ型半導体とＰ型半導体が成膜され、ＰＮ接合（Ｐ型半導体とＮ型半導体との接合境界面）にバイアスを印加すると、Ｐ側からＮ側へ正孔の、Ｎ側からＰ側へ電子の注入が行なわれ、このとき電子が持っているエネルギーを光として放出するものである。青色発光ダイオードは、Ｐ型半導体及びＮ型半導体がＧａＮで形成されたものである。
【００４１】
図４ないし図６で、前記発光素子９の膜厚測定の方法について説明するが、この膜厚測定に使用した発光素子９は前記青色発光ダイオードである。
【００４２】
まず、図２に示す第１光源部５から白色光を、前記基板８の裏面から前記発光素子９の表面上に向けて照射し、透過した光を前記受光部４で受け取り、このときの光のスペクトルを測定したのが図４である。図４では、前記スペクトルを、５００ｎｍから７００ｎｍまでの波長帯域の光に対して測定したものである
図４に示すように前記スペクトルの一周期のピッチ幅は、光の波長が長くなるにつれて広がっており、前記ピッチ幅は一定でないことがわかる。このように前記スペクトルの一周期のピッチ幅が一定でないのは、青色発光ダイオードを構成するＧａＮが各々の波長｛λ｝に対して異なる屈折率｛ｎ（λ）｝を有しているからである。
【００４３】
前記スペクトルの一周期のピッチ幅が一定であると、例えば従来、半導体素子の膜厚の測定に使用されていたフーリエ変換を使用できるが、上記のようにピッチ幅が一定でない場合には、前記フーリエ変換を使用できない。
【００４４】
そこで本発明では、図４で得られたスペクトルを、青色発光ダイオードが各々の波長｛λ｝時に有する屈折率｛ｎ（λ）｝をその波長｛λ｝で割った規定値［｛ｎ（λ）｝／｛λ｝］に対するスペクトルに変換する。その結果が図５の実線であり、図５の実線で示されたスペクトルの一周期におけるピッチ幅は、前記規定値［｛ｎ（λ）｝／｛λ｝］の大きさに関わらず一定値となる。
【００４５】
次に、青色発光ダイオードが各々の膜厚時に、前記規定値［｛ｎ（λ）｝／｛λ｝］に対するスペクトルが如何なるピッチ幅を有するかを予めシミュレーションしておき、そのスペクトルデータを図５の実線のスペクトルデータに照らし合わせてそれぞれのデータの一致度を測定する。
【００４６】
図５に示す点線で示されたスペクトルデータは、例えば前記青色発光ダイオードの膜厚が１μｍのときのデータであり、ある規定値［｛ｎ（λ）｝／｛λ｝］のときの実線データのスペクトルの大きさ（Ｉ_Ａ１）と、点線データのスペクトルの大きさ（Ｉ_Ｂ１）を、複数の規定値［｛ｎ（λ）｝／｛λ｝］毎に求め、前記規定値毎に求められた各スペクトルの大きさを、Ａ値＝１／｛（Ｉ_Ａ１−Ｉ_Ｂ１）^２＋（Ｉ_Ａ２−Ｉ_Ｂ２）^２＋…（Ｉ_Ａｎ―Ｉ_Ｂｎ）^２｝の式に挿入する。図５に示す実線データのスペクトルと、点線データのスペクトルとの一致度が悪いと、Ａ値は非常に低い値となり、前記実線データのスペクトルと、点線データのスペクトルとの一致度が良くなるほど、前記Ａ値は高い値になる。
【００４７】
既にシミュレーションされた複数の青色発光ダイオードの膜厚に対するスペクトルデータを、図５に示す実際に成膜された青色発光ダイオードのスペクトルデータに次々に照らし合わせて前記Ａ値を測定していき、前記青色発光ダイオードの膜厚ｄと前記Ａ値との関係を求める。その結果が図６であり、図６に示すように、前記膜厚ｄが３μｍのときに最もＡ値が高くなっていることがわかる。この結果からあるスポットで測定した前記青色発光ダイオードの膜厚は３μｍであることがわかる。
【００４８】
上記した発光素子９の膜厚の測定方法では、次のような効果を得ることができる。既に説明したように、第１光源部５からの光の波長｛λ｝に対する前記発光素子９のスペクトルの一周期のピッチ幅が一定でない場合、すなわち前記発光素子９の各々の波長｛λ｝に対する屈折率｛ｎ（λ）｝が前記波長によって異なるような場合でも、前記発光素子９の膜厚を簡単に且つ小さい誤差範囲で求めることができる。
【００４９】
また図７には、波長｛λ｝に対するスペクトルの長さが異なる３つの測定結果が載せてあるが、このデータから図４ないし図６と同じ発光素子９の膜厚測定を行うと図８に示す結果が得られる。図７の最も上に載せてあるスペクトルデータは、図８の最も上に載せてある膜厚ｄとＡ値との関係のデータに対応し、図７の中間に載せてあるスペクトルデータは、図８の中間に載せてある膜厚ｄとＡ値との関係のデータに対応し、図７の最も下に乗せてあるスペクトルデータは、図８の最も下に乗せてある膜厚ｄのＡ値との関係のデータに対応している。
【００５０】
図７のスペクトルは最も上のデータが、８周期で構成され、中間のデータが１周期半で構成され、最も下のデータが１周期よりも小さい周期で構成されている。図８に示すようにスペクトルの周期が長いほど、Ａ値に鋭いピークが現われ、発光素子９の膜厚をより正確に測定できるが、前記スペクトルが一周期に満たない最も下のデータの場合でも図８のように、最も高い値を有するＡ値から前記発光素子９の膜厚を求めることが可能である。
【００５１】
このように前記スペクトルのデータが短い周期、特に１周期にも満たない場合でも前記発光素子９の膜厚を測定することが可能である。
【００５２】
次に図９（ａ）に示すように、測定したスペクトルのデータにノイズが乗っているような場合でも図４ないし図６で説明したのと同じ方法で前記発光素子９の膜厚測定を行えば、図９（ｂ）のように前記発光素子９の膜厚とＡ値との関係を求め、Ａ値の大きさの変化を見ることで前記発光素子９の膜厚を簡単に且つ小さい誤差範囲で測定でき、ノイズがスペクトルデータに乗っていても図９（ｂ）の結果を見れば、前記発光素子９の膜厚は３μｍであることがわかる。
【００５３】
また本発明での前記発光素子９の膜厚測定は、既に説明したように第１光源部５から発光された光を発光素子９内に膜厚方向から透過させて、透過した光を受光部４で受け取って行うものであるため、図２に示す前記第１光源部５と受光部４とを結ぶ光軸１２と前記発光素子９表面間の角度θが、９０°でなく多少ずれても前記発光素子９の膜厚を小さい誤差範囲で求めることができる。
【００５４】
図１０に示すスペクトルのデータは、最も上のデータが、前記角度θが９０°のとき、中間のデータが、前記角度θが８５°のとき、最も下のデータが、前記角度θが７０°のときのものである。
【００５５】
図１０を見てわかるように、各データは、ほとんど同じプロファイルを描いており、角度θが９０°でなくても前記発光素子９の膜厚の測定結果はほぼ同じとなる。
【００５６】
このような結果となるのは、前記発光素子９に光を透過させて前記発光素子９の膜厚を測定する方法であると、光軸１２と発光素子９表面間の角度θが多少９０°からずれても、前記発光素子９内で屈折した光が通る道筋は、前記角度θによって大きくずれないため、前記角度θが異なってもスペクトルのデータは良く似たものとなる。
【００５７】
以上、図４ないし図１０を用いて前記発光素子９の膜厚測定方法及びその効果について説明したが、本発明では図１及び図２に示す測定装置を用いて前記発光素子９の膜厚とともに前記発光素子９が発光する光の波長も測定することができる。
【００５８】
前記発光素子９が発光する光の波長を誤差を小さく測定することが可能な測定方法を図１１を用いて説明する。図１１の測定結果は、前記発光素子９に青色発光ダイオードを用いて行ったものである。
【００５９】
まず図１及び図２に示すように、第２光源部７から光を前記青色発光ダイオードの表面に照射し、前記青色発光ダイオードの表面から放出されたフォトン（光エネルギー）を前記受光部４で受け取り、フォトルミネセンススペクトル（ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を得る。フォトルミネセンスとは、フォトンの吸収によってキャリヤが励起され、それらの励起されたキャリヤの再結合による光放射のことを言い、このフォトルミネセンス現象を利用して、前記フォトルミネセンススペクトルを測定する。その測定結果が図１１（ａ）である。前記第２光源部７から前記青色発光ダイオードに照射された光は、前記青色発光ダイオードが発光する青色光よりも短い波長を有する光であると、上記したフォトルミネセンススペクトルを適切に得ることができる。
【００６０】
ところで図１１（ａ）に示すフォトルミネセンススペクトルから、青色発光ダイオード内部での反射光（ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｓ）に起因した干渉（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）を除去しないと、前記青色発光ダイオードが発する発光の正確な波長を求めることができない。
【００６１】
そこで本発明では、前記干渉除去のために、図４で得られたインターフェアランススペクトル（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ）を用いる。図１１（ｂ）は図１１（ａ）のフォトルミネセンススペクトルの波長域と同じ波長域（４００ｎｍ〜５００ｎｍ）でのインターフェアランススペクトルの測定結果である。
【００６２】
そして図１１（ａ）でのフォトルミネセンススペクトルから図１１（ｂ）でのインターフェアランススペクトルを除去する。その結果が図１１（ｃ）である。ここで「除去」の方法は様々であるが例えば、前記フォトルミネセンススペクトルから前記インターフェアランススペクトルを引き算するか割り算することで、図１１（ｃ）の結果を求めることができる。
【００６３】
図１１（ｃ）を見ると、スペクトルは約４５０ｎｍの波長でピークを迎えており、よって測定したスポットでの前記青色発光ダイオードの波長は約４５０ｎｍであることがわかる。
【００６４】
図１１での発光素子９の波長の測定方法によれば、前記発光素子９の膜厚の測定でのインターフェアランススペクトルの結果を、前記波長の測定に使用することができる。よってこのように発光素子９の膜厚と波長の測定に同じ測定結果を用いることができるから、前記発光素子９の波長の測定は非常に簡単になり、また測定時間の短縮を促進でき、さらに誤差の小さい測定結果を得ることができる。
【００６５】
図１２は、前記発光素子９の膜厚と波長を同時に測定するための測定方法である。この測定で使用した前記発光素子９は青色発光ダイオードである。
【００６６】
図１２（ａ）では、図２に示す第２光源部７から３５０ｎｍ程度の波長を有する紫外光を前記青色発光ダイオードに対して照射するとともに、第１光源部５からはフィルター補正した白色光を前記青色発光ダイオードに対して照射する。白色光は上記したように可視波長域全体の波長を有するが、第１光源部５にフィルター補正した高輝度ランプ（ＨＩＤ）を用いることで、４００〜５００ｎｍの波長帯域に重ならないようにしている。なおフィルター補正前の光源は、白色光のように広帯域の波長を有していなくてもよく、この測定では少なくとも５００ｎｍ以上の波長帯域を持つ光であればよい。
【００６７】
図１２（ａ）は第１光源部５からの前記発光素子９を透過した光のスペクトルデータと、発光素子９のフォトルミネセンス発光のスペクトルデータを同時に測定したものである。第１光源部５からの前記発光素子９の透過した光のスペクトルデータと、前記発光素子９のフォトルミネセンス発光のスペクトルデータとを５００ｎｍ付近を境に分けることができるため、１つのスペクトルデータから、前記発光素子９の膜厚及び波長を同時に測定することが可能である。
【００６８】
図１２（ｂ）は、フィルタスペクトルデータであり、これは第１光源部５にフィルター補正高輝度ランプ（ＨＩＤ）を用いたため、フィルタスペクトルを上記のフォトルミネセンススペクトル及びインターフェアランススペクトルから除去するために求めたものである。
【００６９】
図１２（ｃ）は、図１２（ａ）で得られたフォトルミネセンススペクトル及びインターフェアランススペクトルから図１２（ｂ）で得られたフィルタスペクトルを除去した測定結果である。除去方法は図１１で説明したのと同じである。
【００７０】
図１２（ｃ）では、４００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の波長帯域で得られたフォトルミネセンススペクトルから前記青色発光ダイオードの波長を求めることができ、約５００ｎｍ以上の波長帯域で得られたインターフェアランススペクトルからは前記青色発光ダイオードの膜厚を求めることができる。
【００７１】
このように図１２に示す測定方法を用いれば、前記発光素子９の波長と膜厚とを同時に測定でき、測定をより容易化できると共に測定時間を短縮することができる。また図１２での測定では、図１１（ｂ）で説明したインターフェアランススペクトルの測定、図１１（ｃ）で説明したこのインターフェアランススペクトルをフォトルミネセンススペクトルから除去する工程が除かれるため、図１２に示す測定方法は特に測定時間の短縮に適した測定方法と言える。
【００７２】
このように図１２に示すように、発光素子９の波長と膜厚とを同時に測定できるのは、同じ測定装置内に膜厚測定のための第１光源部５と波長測定のための第２光源部７とを備えているからである。
【００７３】
以上、発光素子９の膜厚及び波長の測定方法について説明したが、本発明によれば、簡単で且つ小さい誤差範囲で前記発光素子９の膜厚及び波長の測定を行うことができる。
【００７４】
また本発明での測定装置では、前記発光素子９に光を透過させて、前記発光素子９の膜厚を測定しており、この測定装置を用いれば、前記発光素子９を載せた基板が若干傾いていたりしても、前記発光素子９の膜厚を小さい誤差範囲で測定できる。また本発明の測定装置では、前記発光素子９の膜厚と波長の測定を共に一つの装置内で行うことができ、しかも前記膜厚と波長測定を同時に行うこともでき、測定の容易化と測定時間の短縮を図ることができる。
【００７５】
また図４ないし図１２で説明した測定方法では、発光素子９に青色発光ダイオードを用いたが、他の色を発光させるダイオードや、ダイオード以外の発光素子にも適用可能である。
【００７６】
【発明の効果】
以上詳述した本発明によれば、簡単で且つ小さい誤差で発光素子の膜厚及び前記発光素子が発光する光の波長を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における発光素子の膜厚及び波長を測定するための装置の概念図、
【図２】光源部、受光部及び発光素子が成膜された基板の位置関係を説明するために図１に示す装置を部分的に正面から見た概念図、
【図３】発光ダイオードの断面図、
【図４】発光素子の膜厚測定の方法を説明するためのスペクトルデータ、
【図５】図４のデータを変換したスペクトルデータ、
【図６】図５のスペクトルデータから求めた発光素子の膜厚ｄとＡ値との関係を示すグラフ、
【図７】図４と同様の方法で求めた周期が異なる３つのスペクトルデータ、
【図８】図７のそれぞれのスペクトルデータから求めた発光素子の膜厚ｄとＡ値との関係を示すグラフ、
【図９】（ａ）はスペクトルにノイズが乗っているスペクトルデータ、（ｂ）は（ａ）のスペクトルデータから求めた発光素子の膜厚ｄとＡ値との関係を示すグラフ、
【図１０】図２に示す発光素子表面と光軸間の角度θが異なる場合の３つのスペクトルデータ、
【図１１】（ａ）から（ｃ）は発光素子が発光する光の波長を求めるためのデータであり、（ａ）はフォトルミネセンススペクトルデータ、（ｂ）はインターフェアランススペクトルデータ、（ｃ）は（ａ）のスペクトルから（ｂ）のスペクトルを引いて波長測定のために適正化されたスペクトルデータ、
【図１２】（ａ）から（ｃ）は発光素子の膜厚と波長を同時に求めるためのデータであり、（ａ）は、異なる波長帯域で得られたフォトルミネセンススペクトルデータとインターフェアランススペクトルデータ、（ｂ）はフィルタスペクトルデータ、（ｃ）は（ａ）のスペクトルから（ｂ）のスペクトルを引いて膜厚と波長測定のために適正化されたスペクトルデータ、
【符号の説明】
１　台
２、３　光ファイバ
４　受光部
５　第１光源部
６　反射板
７　第２光源部
８　基板
９　発光素子
１０、１１　光
１２　光軸
１２ａ　焦点

Claims

発光素子の膜厚を測定する方法であって、
（ａ）所定帯域の波長を有する光を前記発光素子の膜厚方向から照射し、前記発光素子を透過した光を受光し、スペクトルを測定する工程と、
（ｂ）前記（ａ）工程で得られたスペクトルを、前記発光素子が各々の波長｛λ｝時に有する屈折率｛ｎ（λ）｝を前記波長｛λ｝で割った規定値［｛ｎ（λ）｝／｛λ｝］に対応するスペクトルデータに変換する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）工程で求められたスペクトルデータを、予め求められた前記発光素子がある膜厚のときの前記規定値［｛ｎ（λ）｝／｛λ｝］に対応するスペクトルデータと照らし合わせ、前記データどうしの一致度から発光素子の膜厚を算出する工程と、
を有することを特徴とする発光素子の膜厚の測定方法。
発光素子が発する光の波長を測定する方法であって、
（ｄ）前記発光素子の表面に所定帯域の波長を有する光を照射し、前記発光素子から放出されるフォトンを受光してフォトルミネセンススペクトルを得る工程と、
（ｅ）前記発光素子の膜厚方向から少なくとも前記所定帯域の波長を有する光を透過させてインターフェアランススペクトルを得る工程と、
（ｆ）前記（ｄ）工程で得られたフォトルミネセンススペクトルから前記（ｅ）工程で得られたインターフェアランススペクトルを除去して、前記発光素子が発する光の波長を算出する工程と、
を有することを特徴とする発光素子の波長の測定方法。
前記（ｅ）工程でのインターフェアランススペクトルには、請求項１記載の（ａ）工程で得られたスペクトルを用いる請求項２記載の発光素子の波長の測定方法。
前記（ｄ）工程での波長帯域も含んだ広範囲の波長帯域を有する光を用いて、前記波長測定を、請求項１記載の（ａ）工程から（ｃ）工程までの膜厚測定と連続して行う請求項２記載の発光素子の波長の測定方法。
請求項２記載の（ｄ）工程での波長帯域と異なる波長帯域を有する光を用いて請求項１記載の（ａ）工程を、前記（ｄ）工程と同時に行って、前記発光素子の膜厚測定と波長測定とを同時に行う発光素子の膜厚及び波長の測定方法。
発光素子の膜厚を測定するための装置であって、第１光源部とその受光部とが、前記発光素子の膜厚方向に対向して設けられ、前記第１光源部から発光された光が前記発光素子を透過して前記受光部に受光されて、前記発光素子の膜厚が測定されることを特徴とする測定装置。
前記第１光源部と受光部とが前記発光素子の膜面に対し垂直方向に設けられる請求項６記載の測定装置。
前記発光素子の下側に前記第１光源部が設けられ、前記発光素子の上側に前記受光部が設けられる請求項６または７に記載の測定装置。
前記発光素子が発光する光の波長を測定するための第２光源部は、前記受光部と同じ発光素子の上側に設けられ、前記第２光源部から発光された光は、前記発光素子の表面に当てられ、前記発光素子の表面から放出されるフォトンが前記受光部に受光されて、前記発光素子の波長が測定される請求項８記載の測定装置。
前記第１光源部と受光部とを結ぶ光軸と前記発光素子表面との焦点に、前記第２光源部からの光が当たるように前記第２光源部の前記発光素子表面に対する傾きが決定される請求項９記載の測定装置。
前記第２光源部から発光された光は、前記第１光源部から発光された光よりも短波長の光である請求項９または１０に記載の測定装置。
膜厚あるいは波長の測定時、前記発光素子が形成された基板は、前記基板表面と平行な方向に移動し、前記光源部及び受光部は固定されたままである請求項６ないし１１のいずれかに記載の測定装置。