JP2008224476A

JP2008224476A - フォトルミネッセンス測定装置

Info

Publication number: JP2008224476A
Application number: JP2007064578A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Maeda; 一夫前田
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2007-03-14
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】レーザ光線を照射して被測定物全体からのフォトルミネッセンス光の強度分布を短時間で測定できるフォトルミネッセンス測定装置を提供する。
【解決手段】この装置はレーザ光源１とＣＣＤカメラ８を具備し、被測定物５とＣＣＤカメラ間の光路上に、偏光フィルター６とレーザ光線の波長を遮断して測定波長のみを透過させるバンドパスフィルター７が配置され、レーザ光源と被測定物間の光路上に、集光レンズ２と第１のガルバノミラー３および第２のガルバノミラー４が配置され、集光レンズで集光されたレーザ光線が、第１のガルバノミラーと第２のガルバノミラーにより反射されて２次元走査されるようになっていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、被測定物へレーザ光線を照射し、被測定物からのフォトルミネッセンス光をＣＣＤカメラにより撮影するフォトルミネッセンス測定装置に係り、特に、被測定物全体からのフォトルミネッセンス光の強度分布を短時間で測定できるフォトルミネッセンス測定装置の改良に関するものである。

被測定物にレーザ光線等を照射すると、照射した光よりも長い波長の光を放出することがフォトルミネッセンス現象として知られている。そして、放出されるフォトルミネッセンス光の波長と強度を測定することにより、被測定物内部の不純物、欠陥、均一性を評価することが可能となる。

こうした評価を行う装置が例えば特許文献１に開示されている。すなわち、このフォトルミネッセンス測定装置は、励起レーザ光を、ダイクロイックミラー、対物レンズを介して被測定物へ照射し、被測定物から発せられるフォトルミネッセンス光を分光器により分光検出して測定するものであった。尚、このフォトルミネッセンス測定装置においては、高精度のＸＹステージに被測定物を載置して測定する構造になっている。

ところで、特許文献１に開示されたフォトルミネッセンス測定装置において一回に測定できる範囲はレーザ光線が照射されている点の部分だけであるため、被測定物全体からのフォトルミネッセンス光の強度分布を知りたい場合には、被測定物が載置された高精度のＸＹステージをステップ毎に移動させて測定を行い、それぞれの点におけるフォトルミネッセンス光の強度と位置情報をパーソナルコンピュータのメモリに保存し、かつ、測定終了後に、プログラムにより全体の発光強度の分布図を求める過程が必要であった。

このため、測定操作が煩雑で、かつ、高価なＸＹステージ等が必要となる分、装置自体も高額となる問題が存在した。
特開平４−１２０４４４号公報

本発明はこのような問題点に着眼してなされたもので、その課題とするところは、ＸＹステージ等の高価な部品を用いることなく被測定物全体をレーザ光線により走査し、被測定物全体からのフォトルミネッセンス光の強度分布を短時間で測定できるフォトルミネッセンス測定装置を提供することにある。

すなわち、請求項１に係る発明は、
レーザ光源からのレーザ光線を被測定物へ照射し、被測定物からのフォトルミネッセンス光をＣＣＤカメラにより撮影するフォトルミネッセンス測定装置を前提とし、
上記被測定物とＣＣＤカメラとの間の光路上に、偏光フィルターと、上記レーザ光線の波長を遮断して測定波長のみを透過させる波長選択フィルターが配置されると共に、上記レーザ光源と被測定物との間の光路上に、集光レンズと、第１のガルバノミラーおよび第２のガルバノミラーが配置され、集光レンズで集光されたレーザ光線が上記第１のガルバノミラーおよび第２のガルバノミラーにより反射されて２次元走査されるようになっていることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、
請求項１に記載の発明に係るフォトルミネッセンス測定装置を前提とし、
被測定物全体がレーザ光線により照射されて、被測定物全体からのフォトルミネッセンス光の強度分布が測定されるようになっていることを特徴とし、
請求項３に係る発明は、
請求項１または２に記載の発明に係るフォトルミネッセンス測定装置を前提とし、
レーザ光源から発せられるレーザ光線が直線偏光で、かつ、波長選択フィルターがバンドパスフィルターにより構成され、被測定物からの反射レーザ光線が偏光フィルターとバンドパスフィルターにより遮断されてＣＣＤカメラに入射しないようになっていることを特徴とするものである。

本発明に係るフォトルミネッセンス測定装置によれば、
集光レンズで集光されたレーザ光線が第１のガルバノミラーおよび第２のガルバノミラーにより反射されて２次元走査され、これにより被測定物全体がレーザ光線により照射されるようになっているため、高価なＸＹステージや分布図を作成するためのコンピュータを用いることなく、被測定物全体からのフォトルミネッセンス光の強度分布を短時間で測定することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

まず、本発明に係るフォトルミネッセンス測定装置は、図１に示すようにレーザ光源１とＣＣＤカメラ８を具備し、上記レーザ光源１と被測定物５との光路上には、集光レンズ２と、第１のガルバノミラー３および第２のガルバノミラー４が配置され、また、被測定物５とＣＣＤカメラ８との光路上には、偏光フィルター６と、レーザ光線の波長を遮断して測定波長のみを透過させるバンドパスフィルター７が配置されている。

このフォトルミネッセンス測定装置において、レーザ光源１より出射されるレーザ光線は集光レンズ２により被測定物５の表面に集光される。また、第１のガルバノミラー３に入射したレーザ光線は水平方向に走査され、第２のガルバノミラー４に入射したレーザ光線は水平方向に加えて垂直方向に走査される。尚、第１のガルバノミラー３と第２のガルバノミラー４は制御系によりレーザ光線の振れ角を独立に設定することが可能で、これにより被測定物５全体がレーザ光線によりランダムに走査される。

そして、上記被測定物５表面で反射したレーザ光線の偏光状態に変化は無いので、レーザ光線の偏光方向と直交するように上記偏光フィルター６がＣＣＤカメラ８のレンズの前に配置されることから、レーザ光線がＣＣＤカメラ８に入射してバックグラウンドノイズとなることは無い。また、偏光フィルター６とＣＣＤカメラ８との間にレーザ光線の波長を遮断して測定波長のみを透過させるバンドパスフィルター８が配置されることから、フォトルミネッセンス光の分布のみを測定することが可能となる。

ここで、上記レーザ光源１より発せられるレーザ光線は直線偏光であることが望ましいが、直線偏光でない場合は、偏光子により直線偏光に変換すれば差し支えない。

そして、特許文献１に開示されたフォトルミネッセンス測定装置において、被測定物全体からのフォトルミネッセンス光の強度を測定するには、被測定物が載置された精密なＸＹステージをステップ毎に移動させて、フォトルミネッセンス光の強度データを保存する必要があった。

これに対し、本発明に係るフォトルミネッセンス測定装置によれば、集光レンズ２で集光されたレーザ光線が第１のガルバノミラー３と第２のガルバノミラー４により反射されて２次元走査されるようになっているため、高価なＸＹステージや分布図を作成するためのコンピュータを用いることなく、被測定物５全体からのフォトルミネッセンス光の強度分布を、ＣＣＤカメラ８の露光時間を適宜選択して重ね描きすることにより視覚化することが可能になる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

まず、図１に示された本発明に係るフォトルミネッセンス測定装置において、レーザ光源１から出射したレーザ光線は集光レンズ２を透過し、第１のガルバノミラー３により水平方向に２００Ｈｚの周波数で走査され、かつ、第２のガルバノミラー４により垂直方向に２００Ｈｚの周波数で走査される。尚、第２のガルバノミラー４と被測定物５の距離は１ｍである。

ここで、被測定物５として厚さ約３μｍのＧａＮエピ膜がついた直径３インチのサファイア基板を考える。ＧａＮは白色ＬＥＤの素材となる物質であるが、結晶中に転位や非発光中心といった欠陥や不純物が存在すると、ＬＥＤとしての特性が低下することが知られている。そこで、フォトルミネッセンス測定により、これらの欠陥や不純物の分布を知ることが可能となり、ＧａＮ膜の評価を行うことができる。

ＧａＮ膜のフォトルミネッセンス測定に用いるレーザ光源は、Ｓ／Ｎ比を向上させるためには出力が高いほうが望ましいことから、出力が３００ｍＷ、波長が５３２ｎｍの半導体レーザ励起ＹＶＯ_４第２高調波レーザを使用した。

また、基板全体をレーザ光線が走査する必要があるため、ＣＣＤカメラ８の露光時間は走査の１周期１／２００秒以上が必要である。微弱なフォトルミネッセンス光を検出するためには、露光時間を更に長く設定する必要がある。また、ＧａＮ膜付きのサファイア基板とＣＣＤカメラの中心線は垂直になる位置に配置すると歪みの無い画像が得られる。

そして、波長５３２ｎｍのレーザ光源１を用い、波長選択フィルターとして中心波長が６５５ｎｍ、半値幅が５５ｎｍのバンドパスフィルター７を使用したときのフォトルミネッセンス光の強度分布写真図を図２に示す。尚、ＣＣＤカメラ８の露出をＦ４、露光時間を６０秒とした。このフォトルミネッセンス測定においてフォトルミネッセンス光の強度分布写真図は、３インチ基板に外接する正方形の１辺が３３５画素で構成されているので、空間分解能は０．２３ｍｍ角の正方形である。

また、比較のため、ＧａＮエピ膜がついた同じサファイア基板について、従来例に係る測定装置のＸＹステージを用い、２ｍｍ角のグリッドごとに測定した点をマッピングしたフォトルミネッセンス光の強度分布写真図を図３に示す。尚、１点の測定に要する時間は約１秒であるので、全体の測定に約２０分を要した。また、空間分解能を更に上げるためにグリッドを小さくしていくと、測定点が多くなるため測定に多大の時間を要することになる。

一方、本発明に係るフォトルミネッセンス測定装置において、上記空間分解能は、撮影に使用するＣＣＤカメラの画素数に依存するので、空間分解能を向上させるためには画素数を増加させればよく、上記ＸＹステージを用いた点毎の測定の場合のように測定点数を増加させるために測定時間を長くとる必要が無いことが分かる。

また、レーザ光源をＨｅ−Ｃｄレーザに交換すれば、波長は３２５ｎｍとなり、より短波長のフォトルミネッセンス光の分布を測定することが可能となる。

本発明に係るフォトルミネッセンス測定装置によれば、集光レンズで集光されたレーザ光線が第１のガルバノミラーおよび第２のガルバノミラーにより反射されて２次元走査され、これにより被測定物全体がレーザ光線により照射されるようになっているため、高価なＸＹステージや分布図を作成するためのコンピュータを用いることなく被測定物全体からのフォトルミネッセンス光の強度分布を短時間で測定することが可能となる。従って、ＬＥＤの素材となるＧａＮエピ膜等の欠陥を評価する装置に適用される産業上の利用可能性を有している。

本発明に係るフォトルミネッセンス測定装置の概略構成を示す説明図。本発明に係るフォトルミネッセンス測定装置を用いて測定されたフォトルミネッセンス光の強度分布写真図。従来例に係る測定装置のＸＹステージを用い２ｍｍ角のグリッドごとに測定した点をマッピングしたフォトルミネッセンス光の強度分布写真図。

符号の説明

１レーザ光源
２集光レンズ
３第１のガルバノミラー
４第２のガルバノミラー
５被測定物
６偏光フィルター
７バンドパスフィルター
８ＣＣＤカメラ

Claims

レーザ光源からのレーザ光線を被測定物へ照射し、被測定物からのフォトルミネッセンス光をＣＣＤカメラにより撮影するフォトルミネッセンス測定装置において、
上記被測定物とＣＣＤカメラとの間の光路上に、偏光フィルターと、上記レーザ光線の波長を遮断して測定波長のみを透過させる波長選択フィルターが配置されると共に、上記レーザ光源と被測定物との間の光路上に、集光レンズと、第１のガルバノミラーおよび第２のガルバノミラーが配置され、集光レンズで集光されたレーザ光線が上記第１のガルバノミラーおよび第２のガルバノミラーにより反射されて２次元走査されるようになっていることを特徴とするフォトルミネッセンス測定装置。
被測定物全体がレーザ光線により照射されて、被測定物全体からのフォトルミネッセンス光の強度分布が測定されるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のフォトルミネッセンス測定装置。
レーザ光源から発せられるレーザ光線が直線偏光で、かつ、波長選択フィルターがバンドパスフィルターにより構成され、被測定物からの反射レーザ光線が偏光フィルターとバンドパスフィルターにより遮断されてＣＣＤカメラに入射しないようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載のフォトルミネッセンス測定装置。