JPH02192751A - 半導体中のキャリア密度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体中のキャリア密度／ＩＰ１定方法に関す
るもので、特にフォトルミネッセンスを用いて光学的に
ΔＩＩＩ定するものに関する。

〔従来の技術〕

従来、゛１′ニー導体中のキャリア密度の測定法として
、ホール効果測定法やＣ−■特性測定法が知られている
。前者は試料を磁界中に置き、電流を流したきのホール
起電力からキャリア密度を求めるものである。後者は試
料上に電極を形成してキャパシタを構成し、このキャパ
シタンスを測定することでキャリア密度を求めるもので
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のいずれの方法によっても試料（半
導体）に電極等を設ける必要があり、測定に煩雑な手間
を要していた。また、試料が小さい時には電極等を設け
るのが難しくなっていた。

一方、これらの従来方法では、化１定に供した試料はそ
のまま製品として用いることができず、従って製造工程
の途中で半導体デバイスのキャリア密度を測定すること
ができなかった。

そこで本発明は、半導体基板の特定領域のキャリア密度
を非破壊で光学的に測定することのできるキャリア密度
測定方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明に係るキャリア密度測定方法は、半導体基板のキ
ャリア密度を１ｌｌＪ定すべき被測定領域（例えばｎ＋
型領領域に、当該被測定領域を構成する半導体のバンド
ギャップエネルギーＥ　上のエネルギーを有する波長の
励起光を照射する第１のステップと、披ｒ’ｌｌ＋７定
領域におけるフォトルミネッセンスにより生したＰＬ光
の分光強度がピークを示−すピーク波長を求める第２の
ステップと、被ｌｌ１ｌｌ定領域の半導体と同一の半導
体についてあらかじめ求められた標準データにおける標
準ピーク波長および標弗キャリア密度と、第２のステッ
プで得たビーク波長との関係から被ｉ？Ｊ定領域のキャ
リア密度を求める第３のステップとを備えることを特徴
とする。

〔作用〕

本発明の構成によれば、フォトルミネッセンスを生じさ
せるための励起光は半導体基板の特定領域（披Ｊｌｌｌ
定領域）に照射され、フォトルミネッセンスによるＰＬ
光は分光されてビーク波長が検出される。そこで、この
ビーク波長をあらかじめホル効果Ａ１１ｊ定等で求めて
おいた標準データと対比することにより、上記の特定領
域のキャリア密度を求めることができる。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して本発明の一実施例を説明する
。

第１図は本発明の一実施例の方法を適用した７Ｉｌ１１
定系を示している。この測定系は、励起光としてのレー
ザービーム光（ＬＢ光）を出射するレーザー光ｔＡ１と
、レーザービーム光を集光する集光レンズ２と、試料と
しての半導体デバイス３と、フォトルミネッセンスによ
るＰＬ光を受けて分光する分光器４と、ＰＬ光の分光強
度がピークとなる波長（ビーク波長）を検出する検出器
５とを備えている。一方、半導体デバイス３には拡大図
で示すように、ＭＥＳＦＥＴ　（ショットキーゲート電
界効果トランジスタ）を構成するソース、ドレイン領域
としてのｎ＋型領領域３１３２およびゲート領域として
のｎ型領域３３が形成されており、レーザービーム光は
集光レンズ２の働きによりこの微小なｎ＋型領領域３１
集光される。

次に、本発明に係るキャリア密度の測定原理と、測定手
順を説明する。

まず、本発明の第１のステップでは、励起光を測定対象
の半導体に照射する。ここで、励起光としては第１図の
ようなレーザー光の他、発光ダイオード舌からの光も用
いることができるが、その励起光の有するエネルギーは
、ｉｌｐ＋定対象の半導体の禁制帯幅、すなわちバンド
キャップエネルギー（Ｅｇ　）以上でなければならない
。このような光照射が第１図のようにｎ＋型領領域３１
なされると、エネルギーバンド構造で表現される充満帯
から伝導帯に電子が励起し、その後にエネルギーＥｇの
光（ＰＬ光）を発して上記の励起電子は再結合する。こ
こで、ｎ＋型領領域３１はｎ型不純物か高濃度にドープ
されているため、伝導帯は多数のキャリア（電子）で満
されている。このため、ｎ＋型領領域３１は、上記の再
結合が起きる確率よりも、高エネルギー学位からの遷移
の確率の方が大きくなる。従って、フォトルミネッセン
スによるＰＬ光の分光強度のビーク波長は、ｎ＋型領領
域３１キャリア密度が高くなるほど短波長（高エネルギ
ー）側にシフトすることになる。

そこで、本発明の第２ステツプでは、このビーク波長の
シフト量が調べられる。このシフト量は公知の分光器４
より容易に７１１１１定できるが、これは前述の通りｎ
＋＋６ｆｉ域３１のキャリア密度に依存しているので、
シフト量を定量的に求めることでキャリア密度を推定で
きる。

そこで、本発明の第３のステップでは、そのシフト量と
標準データとの対比を行なう。この標準データは、１ｌ
Ｆ１定対象のｎ＋型領領域３１構成する半導体と同一の
半導体（例えばＧａ　Ａｓ　）からなる試料については
、例えばホール効果Ｊｌ定法を併用して事前に調べてお
いたデータである。すなわち、それぞれキャリア密度の
異なった複数の試料を用意し、その正確なキャリア密度
をホール効果３１ｊ定法で求める。次に、この複数の試
料について本発明と同様の光学的測定法を適用し、キャ
リア密度とピーク波長の関係（標準データ）を−覧表あ
るいはグラフの形式で求めておく。そして、前述の方法
で得られたｎ＋型領領域３１の実測ピーク波長と上記の
標準ピーク波長を対比し、実ａｐｌピーク波長と同一の
標準ピーク波長に対応する標準キャリア密度を求める。

この標準キャリア密度がｎ＋型領領域３１キャリア密度
に対応しているので、光学的にキャリア密度が測定され
ることになる。

本発明の方法は特にｌＸ１０１８ｃＩ１１−３以上のキ
ャリア密度の測定に有効である。また、集光レンズによ
って励起光を数μｍ径以下の微小スポットに絞るように
すれば、ミクロンオーダーの微小領域のキャリア密度を
測定できる。さらに、標準データを多種類用意すれば、
それだけ本発明の適用範囲を広げることか可能になる。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明した通り本発明によれば、フォトルミ
ネッセンスを生じさせるための励起光は半導体基板の特
定領域（披ρ１定領域）に照射され、フォトルミネッセ
ンスによるＰＬ光は分光されてピーク波長が検出される
。そこで、このピーク波長をあらかじめホール効果測定
等で求めておいた標僧データと対比することにより、上
記の特定領域のキャリア密度を求めることができるので
、半導体ｕｌＮの特定領域のキャリア密度を非破壊で光
学的に測定することが可能となる。

本発明は゛１Ｓ導体デバイスの微小領域のキャリア密度
測定に適しているため、遼択成長あるい選択埋込み成長
をしたエピタキシャル成長層の評価に適用すると、特に
効果的である。これは、選択成長を行なう場合にはマス
クによる基板の被覆率等に依存して、通常の結晶成長と
は異なったドーピング効果が現れるか、これをホール効
果法で測定することは困難だからである。また、導電性
基板上の半導体層のキャリア密度は、ホール効果で測定
することが著しく困難であるが、本発明によれば同ら支
障なくこれを実行できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を適用した測定系の構成図であ
る。 １・・・レーザー光源、２・・・集光レンズ、３・・・
半導体デバイス、３］・・・ｎ＋型領領域披７１ＰＩ定
領域）、４・・・分光器、５・・・検出器。 ３′ 実施例［Ｆ］構成 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板のキャリア密度を測定すべき被測定領域
   に、当該被測定領域を構成する半導体のバンドギャップ
   エネルギー以上のエネルギーを有する波長の励起光を照
   射する第１のステップと、前記被測定領域におけるフォ
   トルミネッセンスにより生じたＰＬ光の分光強度がピー
   クを示すピーク波長を求める第２のステップと、 前記被測定領域の半導体と同一の半導体についてあらか
   じめ求められた標準データにおける標準ピーク波長およ
   び標準キャリア密度と、前記第２のステップで得たピー
   ク波長との関係から前記被測定領域のキャリア密度を求
   める第３のステップと を備えることを特徴とする半導体中のキャリア密度測定
   方法。 ２、前記第１のステップは、微小な前記被測定領域に前
   記励起光を集光して照射する請求項１記載の半導体中の
   キャリア密度測定方法。 ３、前記被測定領域のキャリア密度が１× １０＾１＾８ｃｍ＾−＾３以上である請求項１記載の半
   導体中のキャリア密度測定方法。