JPH02203254A - Method and device for measuring photoluminescence - Google Patents
Method and device for measuring photoluminescenceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は物質の特性を示すフォトルミネッセンスを時間
分解して測定し、それによりその物性の深さ方向の変化
を測定する方法に関する。[Detailed Description of the Invention] [Objective of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention measures photoluminescence, which indicates the properties of a substance, in a time-resolved manner, thereby measuring changes in the physical properties in the depth direction. Regarding the method.
（従来の技術）
フォトルミネッセンスは、プローブ光が試料に照射され
たときに試料表面で形成される電子正孔対が試料中を移
動し、ある位置で再結合したときに観測される発光であ
る。この発光のエネルギーは再結合位置に於ける電子準
位を反映し、それによりその物性を知ることができる。(Prior art) Photoluminescence is light emission observed when electron-hole pairs formed on the sample surface when probe light is irradiated onto the sample move through the sample and recombine at a certain position. . The energy of this light emission reflects the electronic level at the recombination site, which allows us to know its physical properties.
従来このフォトルミネッセンスの測定のためにレーザを
プローブ光として用いており、その照射面積は直径２關
程度、表面侵入深さは〜１μｍ程度である。しかし、半
導体材料（例えばＳｔ。Conventionally, a laser is used as a probe light to measure photoluminescence, and the irradiation area is about 2 diameters and the surface penetration depth is about 1 μm. However, semiconductor materials (e.g. St.
ＧａＡｓ）の様に結晶性の良いものでは、プローブ光で
生成する電子正孔対の寿命が比較的長い（１０μｓｅｃ
）為、生成された電子正孔対は表面から３０μｍ程度
の深さまで移動することができる。In materials with good crystallinity such as GaAs), the lifetime of electron-hole pairs generated by probe light is relatively long (10 μsec).
), the generated electron-hole pairs can move to a depth of about 30 μm from the surface.
その結果、得られるフォトルミネッセンスは試料の表面
から深さ３０μｍまでの領域の物性を表す事になり、半
導体産業で要求されるような微小領域の物性を知るため
には深さ方向分解能が不十分であった。またどうしても
深さ方向の情報が必要な場合には、第５図に示すように
、試料の表面、すなわち、半導体基板３０に設けたエピ
タキシャル成長層８１と共に角度研磨面３２を形成する
ように、角度研磨して広がり抵抗プ°ローブ３３によっ
て、矢印方向３４に掃査して広がり抵抗測定をするため
、試料を破壊してしまう、あるいは測定に要する時間が
長くなると言う欠点があった。As a result, the photoluminescence obtained represents the physical properties of a region up to a depth of 30 μm from the surface of the sample, and the depth resolution is insufficient to understand the physical properties of the microscopic region required in the semiconductor industry. Met. In addition, if information in the depth direction is absolutely necessary, as shown in FIG. Then, the spreading resistance probe 33 scans in the direction of the arrow 34 to measure the spreading resistance, which has disadvantages in that the sample may be destroyed or the time required for measurement becomes longer.
（発明が解決しようとする課題）
このように、従来のフォトルミネッセンス測定法におい
ては、測定試料の表面から３０μｍ程度までのバルクの
情報を得ており、深さ方向の物性の変化を知ることがで
きないという問題があった。(Problem to be solved by the invention) In this way, in the conventional photoluminescence measurement method, bulk information is obtained up to about 30 μm from the surface of the measurement sample, and it is difficult to know changes in physical properties in the depth direction. The problem was that I couldn't do it.
本発明は上記問題点を考慮して成されたもので、その目
的とするところはフォトルミネッセンスの測定法におい
て、試料の深さ方向の物性を知ることのできるフォトル
ミネッセンス記録方法を堤供することにある。The present invention has been made in consideration of the above problems, and its purpose is to provide a photoluminescence recording method that can determine the physical properties of a sample in the depth direction in a photoluminescence measurement method. be.
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明の骨子は、プローブ光をパルスで照射し、それに
より形成された電子正孔対が消滅する際に放出されるフ
ォトルミネッセンスを時間分解して記録し、試料の深さ
方向での物性の変化を測定することにある。[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The gist of the present invention is to time-resolve photoluminescence emitted when electron-hole pairs formed by irradiation with pulsed probe light disappear. The objective is to measure changes in physical properties in the depth direction of the sample.
すなわち、パルスプローブ光を照射してからフォトルミ
ネッセンスが放出されるまでの時間を測定し、それによ
り電子正孔対の生成位置から再結合位置までの移動用Ｍ
（すなわち試料表面からフォトルミネッセンスの発生位
置までの深さ）を、また観測されるフォトルミネッセン
スのエネルギーから再結合位置に於ける試料の物性を知
ることができる。That is, the time from irradiation with pulsed probe light to the emission of photoluminescence is measured, and the M for moving from the generation position of electron-hole pairs to the recombination position is measured.
(that is, the depth from the sample surface to the position where photoluminescence occurs) and the physical properties of the sample at the recombination position can be determined from the energy of the observed photoluminescence.
（作 用）
レーザーにより生成する電子正孔対の寿命は〜ｌＯμＳ
ｅｃであり、この間に電子正孔対は表面より３０μｍ程
度まで移動する。プローブ光をこれに対しテ十分に短い
（〜ｎ５ｅｃ）パルスにして照射すると、電子正孔対は
全て同時に試料表面で生成したと見做すことが可能であ
る。生成した電子正孔対は試料中を移動し、再結合中心
に到達するとその電子準位に相当する発光を放射するが
、それらの再結合中心が表面から浅い位置に存在する場
合と深い位置に存在する場合では、電子正孔対が到達す
るまでの時間が異なる。すなわち、表面より深い位置で
再結合するものほど電子正孔対の生成（すなわちパルス
プローブ光照射）からフォトルミネッセンスの放射まで
の時間が長くなる。(Function) The lifetime of the electron-hole pair generated by the laser is ~lOμS
ec, and during this time the electron-hole pair moves up to about 30 μm from the surface. If the probe light is irradiated with a sufficiently short pulse (~n5ec), it can be assumed that all electron-hole pairs are generated at the same time on the sample surface. The generated electron-hole pairs move through the sample, and when they reach a recombination center, they emit light corresponding to the electron level. When the electron-hole pair exists, the time taken for the electron-hole pair to arrive differs. That is, the deeper the recombination occurs than the surface, the longer the time from generation of electron-hole pairs (that is, pulsed probe light irradiation) to photoluminescence emission.
電子正孔対の移動は必ずしも表面から垂直方向にだけ起
こるとは限らないが、全ての電子正孔対が水平方向にの
み移動することはない。また、電子正孔対の広がりによ
る測定領域の広がりについては高々８０μｍであり、通
常のプローブ光の径が鶴オーダーである事を考慮すると
問題にならない。Although the movement of electron-hole pairs does not necessarily occur only in the vertical direction from the surface, not all electron-hole pairs move only in the horizontal direction. Further, the expansion of the measurement region due to the expansion of electron-hole pairs is at most 80 μm, which is not a problem considering that the diameter of a normal probe light is on the order of a crane.
試料の物性を知る為に、通常はこのとき放出されるフォ
トルミネッセンスのエネルギーを測定し、更にその強度
を測定するが、本発明においては更Ｅ １０ ｌ１ｓｅ
ｅの電子正孔対の寿命を時間分解し、その間のフォトル
ミネッセンスのエネルギー及び強度変化を測定する。こ
の事により、従来不可能であったフォトルミネッセンス
測定による深さ方向の物性評価が可能となる。In order to know the physical properties of a sample, the energy of the photoluminescence emitted at this time is usually measured, and its intensity is also measured.
The lifetime of the electron-hole pair of e is resolved in time, and changes in the energy and intensity of photoluminescence during that time are measured. This makes it possible to evaluate physical properties in the depth direction by photoluminescence measurement, which was previously impossible.
（実施例）
以下、本発明の実施例について、詳細に説明する。第１
図は本発明のフォトルミネッセンスＡｌｌ］定装置を示
す図で、主に、パルスレーザ−発生装置１１、分光器１
６およびコンピュータ１９とで構成されている。パルス
レーザ−発生装置１１は、８ ｎ５ｅｃ。(Example) Examples of the present invention will be described in detail below. 1st
The figure shows a photoluminescence device according to the present invention, which mainly includes a pulse laser generator 11, a spectrometer 1
6 and a computer 19. The pulse laser generator 11 is 8n5ec.
１０１１ｚのＹＡＧパルスレーザ−をプローブ光５とし
て発振する。このプローブ光５はフィルター１２および
ミラー１３を介してＤ］定すべき試料１４に照射してフ
ォトルミネッセンスを発光させる。試料１４は、デユア
−びん３内に設置されており、目的に応じた試料温度に
変えてＭ１定できるようになっている。A 1011z YAG pulse laser is oscillated as the probe light 5. This probe light 5 passes through a filter 12 and a mirror 13 and irradiates the sample 14 to be determined to emit photoluminescence. The sample 14 is placed in the dual bottle 3, and M1 can be fixed by changing the sample temperature depending on the purpose.
すなわち、パルスレーザ−発生装置１１の発生するパル
スレーザ−が８ ｎ５ｅｃのパルス間隔に対し、形成さ
れる電子正孔対の寿命は〜１０ｎｓｏｃであり、また、
パルスレーザ−が１０Ｈｚであることから、電子正孔対
の再結合を時間分解して観測する二とができる。そこで
、試料１４にプローブ光５を照射してこの再結合時の発
光６を経時的に計１定することにより、フォトルミネッ
センスを測定することができる。この再結合時の発光６
は、レンズ１５、フィルター２を介して、分光器１６で
分光された後、検出器１７でその強度が検出される。こ
の時に検出される発光はその強度が微弱であるため、分
光器ＩＢの波数を固定して、その出力を積算して検出す
る。That is, when the pulsed laser generated by the pulsed laser generator 11 has a pulse interval of 8 n5ec, the lifetime of the electron-hole pair formed is ~10nsoc, and
Since the pulse laser frequency is 10 Hz, it is possible to observe the recombination of electron-hole pairs in a time-resolved manner. Therefore, photoluminescence can be measured by irradiating the sample 14 with the probe light 5 and measuring the luminescence 6 at the time of recombination over time. Luminescence during this recombination 6
is separated into spectra by a spectrometer 16 via a lens 15 and a filter 2, and then its intensity is detected by a detector 17. Since the intensity of the emitted light detected at this time is weak, the wave number of the spectrometer IB is fixed, and its output is integrated and detected.
そのために、検出した発光のフォトンカウンティングを
デジタルストレージオシロ１８で行い、その経時変化を
コンピュータ１９に入力して、プロッター７に記録した
り、ＣＲＴ８で表示する。なお、分光器１Ｂは、コンピ
ュータ１９の指令により、ドライバー９によって駆動さ
れる。For this purpose, photon counting of the detected light emission is performed using a digital storage oscilloscope 18, and its change over time is input to a computer 19 and recorded on a plotter 7 or displayed on a CRT 8. Note that the spectrometer 1B is driven by the driver 9 according to instructions from the computer 19.
試料として、第２図に示すような、抵抗率０．００２Ω
Ｇのボロンドープシリコン単結晶基板２０上にアンドー
プ（ｕｎｄｏｐｅ）層２１をエピタキシャル成長で成長
したものと、第２図に示すような、別の抵抗率０．（１
（１２Ωｌのアンチモンドープシリコン単結晶基板２２
上にアンドープ（ｕｎｄｏｐｅ）層２３をエピタキシャ
ル成長で成長したウェハについて、第１図に示した時間
分解フォトルミネッセンス装置で測定評価した。As a sample, the resistivity is 0.002Ω as shown in Figure 2.
An undoped layer 21 is grown by epitaxial growth on a boron-doped silicon single crystal substrate 20 of G, and another layer with a resistivity of 0.G as shown in FIG. (1
(12Ωl antimony-doped silicon single crystal substrate 22
A wafer on which an undoped layer 23 was grown by epitaxial growth was measured and evaluated using a time-resolved photoluminescence apparatus shown in FIG.
先ず第２図の基板を測定した。分光器の成長を１１３２
３Ａのボロン発光を検出するように固定した。First, the substrate shown in FIG. 2 was measured. Spectrometer growth 1132
It was fixed to detect 3A boron emission.
約１ ｎ５ｅｃの間、プローブ光を照射し、ボロンの発
光の時間変化を測定したところ第４図に示すような結果
を得た。測定は繰り返し行い、その平均値をとった。更
に第３図に示すアンチモンドープシリコン単結晶基板２
２上にアンドープ（ｕｎｄｏｐｅ） 層２３をエピタキ
シャル成長した試料についても同様の測定を行った。こ
の時得られた結果も第４図に示した。第４図の結果より
ボロンの方がアンチモンよりも早く発光強度が最大とな
る。これはボロンのほうが表面に近いところに分布して
いることを示している。このように、試料を破壊するこ
と無く試料内部のボロンとアンチモン分布の差を評価で
きる。When the probe light was irradiated for about 1 n5 ec and the time change of boron emission was measured, the results shown in FIG. 4 were obtained. The measurements were repeated and the average value was taken. Furthermore, an antimony-doped silicon single crystal substrate 2 shown in FIG.
Similar measurements were also carried out on a sample in which an undoped layer 23 was epitaxially grown on top of the undoped layer 23. The results obtained at this time are also shown in FIG. From the results shown in Figure 4, the luminescence intensity of boron reaches its maximum earlier than that of antimony. This indicates that boron is distributed closer to the surface. In this way, the difference in boron and antimony distribution inside the sample can be evaluated without destroying the sample.
以上詳述したように本発明によれば、フォトルミネッセ
ンスの測定方法において、プローブ光をパルス照射しそ
の時観測される発光を時間分解して１１定することによ
り、試料を非破壊かつ短時間で深さ方向分析することが
可能となる。As described in detail above, according to the present invention, in the photoluminescence measuring method, a sample can be measured at a deep depth non-destructively and in a short time by irradiating pulses of probe light and time-resolving the observed luminescence. This makes it possible to perform direction analysis.
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の装置の構成図、第２図および第３図は
本発明の一実施例を説明するための試料断面図、第４図
は本発明を用いた方法でフォトルミネッセンスを測定し
た結果得られた第１図、及び第２図で示した試料の特性
図、第５図は従来の方法を示す模式図である。
５・・・プローブ光、
１１・・・ＹＡＧパルスレーザ−発生装置、１Ｇ・・・
分光器、 ２１・・・アンドープ層、２２・・
・アンチモンドープシリコン単結晶基板。
代理人 弁理士 則 近 憲 佑
同 松山光之[BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS] FIG. 1 is a configuration diagram of the apparatus of the present invention, FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views of a sample for explaining an embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 1 and FIG. 2 are characteristic diagrams of the samples obtained as a result of measuring photoluminescence using a conventional method, and FIG. 5 is a schematic diagram showing a conventional method. 5... Probe light, 11... YAG pulse laser generator, 1G...
Spectrometer, 21... Undoped layer, 22...
・Antimony-doped silicon single crystal substrate. Agent Patent Attorney Noriyuki Chika Yudo Mitsuyuki Matsuyama
Claims (2)
射して観測される発光を１パルスごとに時間分解してそ
の強度を測定して物性の深さ方向の変化を測定するフォ
トルミネッセンスの測定方法。(1) Photoluminescence, in which a sample is irradiated with pulsed probe light, and the observed luminescence is time-resolved for each pulse and its intensity is measured to measure changes in physical properties in the depth direction. Measuring method.
手段と、このパルス光発生手段で発生したパルス光を試
料に照射して得られる発光を時間分解して時間分解強度
を測定する手段とを具備してなるフォトルミネッセンス
測定装置。(2) A pulsed light generating means for generating pulsed probe light, and a means for time-resolving the luminescence obtained by irradiating the sample with the pulsed light generated by the pulsed light generating means and measuring the time-resolved intensity. A photoluminescence measurement device equipped with:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2252589A JPH02203254A (en) | 1989-02-02 | 1989-02-02 | Method and device for measuring photoluminescence |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2252589A JPH02203254A (en) | 1989-02-02 | 1989-02-02 | Method and device for measuring photoluminescence |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02203254A true JPH02203254A (en) | 1990-08-13 |
Family
ID=12085204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2252589A Pending JPH02203254A (en) | 1989-02-02 | 1989-02-02 | Method and device for measuring photoluminescence |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02203254A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05281141A (en) * | 1992-03-30 | 1993-10-29 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | Method and apparatus for photoluminescence measurement in crystal |
-
1989
- 1989-02-02 JP JP2252589A patent/JPH02203254A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05281141A (en) * | 1992-03-30 | 1993-10-29 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | Method and apparatus for photoluminescence measurement in crystal |
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