JPH0750331A - 半導体発光素子の評価装置及び評価方法 - Google Patents
半導体発光素子の評価装置及び評価方法Info
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- JPH0750331A JPH0750331A JP5196419A JP19641993A JPH0750331A JP H0750331 A JPH0750331 A JP H0750331A JP 5196419 A JP5196419 A JP 5196419A JP 19641993 A JP19641993 A JP 19641993A JP H0750331 A JPH0750331 A JP H0750331A
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- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
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- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
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- G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
- G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
- G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
- G01N21/9501—Semiconductor wafers
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
- G01R31/2607—Circuits therefor
- G01R31/2632—Circuits therefor for testing diodes
- G01R31/2635—Testing light-emitting diodes, laser diodes or photodiodes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ウェーハ段階で非破壊、非接触で発光素子の
評価を可能とする評価装置及び方法を提供する。 【構成】 ウェーハ表面から活性層内部に光パルスを入
射させ発生する発光の減衰時間を測定し、発光効率を支
配する小数キャリアのライフタイムを求めることによっ
て発光素子の発光効率を評価する。 【効果】 ウェーハ段階で発光素子の非破壊、非接触で
発光素子の評価が可能となる。
評価を可能とする評価装置及び方法を提供する。 【構成】 ウェーハ表面から活性層内部に光パルスを入
射させ発生する発光の減衰時間を測定し、発光効率を支
配する小数キャリアのライフタイムを求めることによっ
て発光素子の発光効率を評価する。 【効果】 ウェーハ段階で発光素子の非破壊、非接触で
発光素子の評価が可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体発光素子、例え
ば発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオードのよう
な発光素子の電気特性や発光特性を検査する装置に関
し、特に、発光素子に電極付け等を行なう前のウェーハ
状態で検査することを可能とする半導体発光素子の評価
装置に関するものである。
ば発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオードのよう
な発光素子の電気特性や発光特性を検査する装置に関
し、特に、発光素子に電極付け等を行なう前のウェーハ
状態で検査することを可能とする半導体発光素子の評価
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウェーハを用いて半導体装置を製
造する際には事前にウェーハの特性を調べてウェーハを
選別する必要がある。ウェーハが不良か否かの判断を的
確に行なわないと、歩留りの低下や信頼性の低下、コス
トの上昇を招くことになるからである。同様に、ウェー
ハ上に多数の素子を形成した後にも個々の素子の特性を
調べてその良否の判定や、特性値による選別を的確に行
なう必要がある。特に、近年ではＬＥＤの応用が単体ラ
ンプからアレーやディスプレイパネルへと急速に拡大し
ており、より特性の揃ったＬＥＤペレットが大量に要求
されている。
造する際には事前にウェーハの特性を調べてウェーハを
選別する必要がある。ウェーハが不良か否かの判断を的
確に行なわないと、歩留りの低下や信頼性の低下、コス
トの上昇を招くことになるからである。同様に、ウェー
ハ上に多数の素子を形成した後にも個々の素子の特性を
調べてその良否の判定や、特性値による選別を的確に行
なう必要がある。特に、近年ではＬＥＤの応用が単体ラ
ンプからアレーやディスプレイパネルへと急速に拡大し
ており、より特性の揃ったＬＥＤペレットが大量に要求
されている。
【０００３】従来のＬＥＤ用エピタキシャルウェーハに
おいては、素子形成後、ペレットに分割したのち、抜取
り検査により電気特性や発光特性を調べる。特に、発光
効率でペレットを輝度選別することが広く行なわれてい
る。
おいては、素子形成後、ペレットに分割したのち、抜取
り検査により電気特性や発光特性を調べる。特に、発光
効率でペレットを輝度選別することが広く行なわれてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、作業に費やす時間の短縮と検査精度の向上とを
両立させることは困難である。すなわち、時間短縮を考
えた場合には抜取りサンプル数が限られる分だけ検査精
度が低下し、選別したペレット間の均一性が再現性良く
得られなくなる。発光ダイオードの場合、ウェーハ面内
やウェーハ間での特性のバラツキがロット毎に大きく、
その再現性も十分でない。そうすると、出来上ったディ
スプレイの面内輝度むらを招くこととなる。反対に、精
度向上を考えた場合には抜取りサンプル数を多くしなけ
ればならない分だけ時間が長くかかることになるのであ
る。
法では、作業に費やす時間の短縮と検査精度の向上とを
両立させることは困難である。すなわち、時間短縮を考
えた場合には抜取りサンプル数が限られる分だけ検査精
度が低下し、選別したペレット間の均一性が再現性良く
得られなくなる。発光ダイオードの場合、ウェーハ面内
やウェーハ間での特性のバラツキがロット毎に大きく、
その再現性も十分でない。そうすると、出来上ったディ
スプレイの面内輝度むらを招くこととなる。反対に、精
度向上を考えた場合には抜取りサンプル数を多くしなけ
ればならない分だけ時間が長くかかることになるのであ
る。
【０００５】そこで、ペレットに分割する前にウェーハ
段階で選別する方法が考えられる。これはＩＣで行なわ
れているダイソート法の応用にあたる。このダイソート
法をＬＥＤに利用する場合、ＬＥＤはウェーハ段階では
電気的な素子間分離が行なわれないため、例えば各素子
の電極形成後、ウェーハを粘着シートに貼付けてウェー
ハに溝を切るハーフダイスをすることにより素子間分離
する。そして各素子を順次走査して発光駆動し、その光
検知レベルに基づいて発光効率を測定することになる。
しかしながら、素子間分離を行なったとしても隣接ペレ
ット間での光の散乱が避けられず、その相互干渉により
発光出力レベルが変動し、正確な測定値が得られないと
いう問題がある。実際に試してみた結果、ペレットに分
割して測定した値との不一致が多く、実用に耐え得る程
度の精度は得られなかった。また、いずれの方法におい
ても電極にプローブ針跡が残るため、その後のボンディ
ング工程において、ボンディング強度ムラを招きやす
い。
段階で選別する方法が考えられる。これはＩＣで行なわ
れているダイソート法の応用にあたる。このダイソート
法をＬＥＤに利用する場合、ＬＥＤはウェーハ段階では
電気的な素子間分離が行なわれないため、例えば各素子
の電極形成後、ウェーハを粘着シートに貼付けてウェー
ハに溝を切るハーフダイスをすることにより素子間分離
する。そして各素子を順次走査して発光駆動し、その光
検知レベルに基づいて発光効率を測定することになる。
しかしながら、素子間分離を行なったとしても隣接ペレ
ット間での光の散乱が避けられず、その相互干渉により
発光出力レベルが変動し、正確な測定値が得られないと
いう問題がある。実際に試してみた結果、ペレットに分
割して測定した値との不一致が多く、実用に耐え得る程
度の精度は得られなかった。また、いずれの方法におい
ても電極にプローブ針跡が残るため、その後のボンディ
ング工程において、ボンディング強度ムラを招きやす
い。
【０００６】よって、本発明の目的は、隣接ペレット間
での光の散乱による相互干渉の影響を受けることがな
く、かつ素子に電極形成を行なう前のウェーハ段階で非
破壊、非接触にて素子の評価を可能とする半導体発光素
子の評価装置及び評価方法を提供することにある。
での光の散乱による相互干渉の影響を受けることがな
く、かつ素子に電極形成を行なう前のウェーハ段階で非
破壊、非接触にて素子の評価を可能とする半導体発光素
子の評価装置及び評価方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第１発明の半導体発光素子の評価装置は、ウェーハ上
に形成された発光素子の発光層のキャリアを励起して蛍
光を生ぜしめるパルス光を発生する励起光発生手段と、
前記パルス光を一方の焦点に導出し、他方の焦点に前記
一方の焦点から発せられる光のみを導出する共焦点光学
系と、前記一方の焦点の位置を前記発光層内部に位置さ
せる位置決め手段と、前記他方の焦点に配置されて前記
パルス光の照射に対する前記発光層内部の蛍光を検出す
る光検出手段と、前記蛍光を経時的に観測して、前記蛍
光の減衰波形からライフタイムを求める波形解析手段
と、予め得られているライフタイム及び発光効率相互の
相関関係に基づいて、前記求められたライフタイムに対
応する前記発光層内部の発光効率を推定する推定手段
と、を備える。
に第１発明の半導体発光素子の評価装置は、ウェーハ上
に形成された発光素子の発光層のキャリアを励起して蛍
光を生ぜしめるパルス光を発生する励起光発生手段と、
前記パルス光を一方の焦点に導出し、他方の焦点に前記
一方の焦点から発せられる光のみを導出する共焦点光学
系と、前記一方の焦点の位置を前記発光層内部に位置さ
せる位置決め手段と、前記他方の焦点に配置されて前記
パルス光の照射に対する前記発光層内部の蛍光を検出す
る光検出手段と、前記蛍光を経時的に観測して、前記蛍
光の減衰波形からライフタイムを求める波形解析手段
と、予め得られているライフタイム及び発光効率相互の
相関関係に基づいて、前記求められたライフタイムに対
応する前記発光層内部の発光効率を推定する推定手段
と、を備える。
【０００８】第２発明の半導体発光素子の評価装置は、
ウェーハ上に二次元に配列された複数の発光素子の発光
層のキャリアを励起して蛍光を生ぜしめるパルス光を発
生する励起光発生手段と、前記パルス光を一方の焦点に
導出し、他方の焦点に前記一方の焦点から発せられる光
のみを導出する共焦点光学系と、前記一方の焦点の位置
を前記発光素子の深さ方向に走査させる深さ方向走査手
段と、前記一方の焦点の位置を前記複数の発光素子の配
列に沿って走査させる素子配列走査手段と、前記他方の
焦点に配置されて前記パルス光の照射に対する前記発光
層内部の蛍光を検出する光検出手段と、各発光素子毎に
前記蛍光を経時的に観測して、前記蛍光の減衰波形から
ライフタイムを求める波形解析手段と、予め得られてい
るライフタイム及び発光効率相互の相関関係に基づい
て、前記求められたライフタイムに対応する各発光素子
の発光層内部の発光効率を推定する推定手段と、を備え
る。
ウェーハ上に二次元に配列された複数の発光素子の発光
層のキャリアを励起して蛍光を生ぜしめるパルス光を発
生する励起光発生手段と、前記パルス光を一方の焦点に
導出し、他方の焦点に前記一方の焦点から発せられる光
のみを導出する共焦点光学系と、前記一方の焦点の位置
を前記発光素子の深さ方向に走査させる深さ方向走査手
段と、前記一方の焦点の位置を前記複数の発光素子の配
列に沿って走査させる素子配列走査手段と、前記他方の
焦点に配置されて前記パルス光の照射に対する前記発光
層内部の蛍光を検出する光検出手段と、各発光素子毎に
前記蛍光を経時的に観測して、前記蛍光の減衰波形から
ライフタイムを求める波形解析手段と、予め得られてい
るライフタイム及び発光効率相互の相関関係に基づい
て、前記求められたライフタイムに対応する各発光素子
の発光層内部の発光効率を推定する推定手段と、を備え
る。
【０００９】第３発明の半導体発光素子の評価方法は、
ウェーハ表面に形成された発光素子の発光層内部の特定
の位置に、共焦点光学系を用いて発光層のキャリアを励
起するパルス光を照射し、前記パルス光の照射に対応し
て前記発光層内部の特定の位置から発せられる蛍光を検
出し、この蛍光の経時的変化を観察して蛍光のライフタ
イムを求め、予め求めたライフタイム及び発光効率相互
の相関関係に基づいて前記ライフタイムから前記発光層
内部の特定の位置における発光効率を推定する。
ウェーハ表面に形成された発光素子の発光層内部の特定
の位置に、共焦点光学系を用いて発光層のキャリアを励
起するパルス光を照射し、前記パルス光の照射に対応し
て前記発光層内部の特定の位置から発せられる蛍光を検
出し、この蛍光の経時的変化を観察して蛍光のライフタ
イムを求め、予め求めたライフタイム及び発光効率相互
の相関関係に基づいて前記ライフタイムから前記発光層
内部の特定の位置における発光効率を推定する。
【００１０】
【作用】本発明は半導体の禁制帯幅のエネルギーより大
きいが十分近いエネルギーを有する光は半導体内への比
較的大きな侵入距離を有することに着目してなされたも
ので、ウェーハ表面から活性層内部へ光パルスを入射さ
せ発生する発光の時間減衰を測定して、発光効率を支配
する少数キャリアのライフタイム（寿命）を非破壊、非
接触で求めることによっている。そこで、本発明の装置
では上記パルス光を発生させてピンホールフィルタを有
する共焦点光学系により活性層内にパルス光の焦点を結
ばせ、発生する蛍光のうち焦点からのものを選択的に検
出し、活性層内の焦点の位置およびウェーハ上の素子を
順次走査し、上記蛍光の時間減衰深さ分布より発光素子
の発光効率を推定評価する。
きいが十分近いエネルギーを有する光は半導体内への比
較的大きな侵入距離を有することに着目してなされたも
ので、ウェーハ表面から活性層内部へ光パルスを入射さ
せ発生する発光の時間減衰を測定して、発光効率を支配
する少数キャリアのライフタイム（寿命）を非破壊、非
接触で求めることによっている。そこで、本発明の装置
では上記パルス光を発生させてピンホールフィルタを有
する共焦点光学系により活性層内にパルス光の焦点を結
ばせ、発生する蛍光のうち焦点からのものを選択的に検
出し、活性層内の焦点の位置およびウェーハ上の素子を
順次走査し、上記蛍光の時間減衰深さ分布より発光素子
の発光効率を推定評価する。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る
評価装置の構成を示すものである。図において、１００
はその表面にＬＥＤとなるＰＮ接合が全面に形成された
ウェーハであり、このウェーハ１００には通電のための
電極や電気的な素子間分離のための切込み溝は特に必要
とせず、形成されていない。発光素子の発光層１０１は
Ｐ層、発光層１０２はＮ層、１０３は基板である。１
は、測定用ステージである。ウェーハ１００は、この測
定用ステージ１に載置されている。２は、Ｘ−Ｙ−Ｚテ
ーブルである。測定用ステージ１は、このＸ−Ｙ−Ｚテ
ーブル２上に載置され、これによってＸ−Ｙ平面内とＺ
軸方向を自由に移動する。これにより、ウェーハ１００
も自由に移動する。３は、このＸ−Ｙ−Ｚテーブル２を
駆動するＸ−Ｙ−Ｚテーブル駆動装置である。Ｘ−Ｙ−
Ｚテーブル２及びＸ−Ｙ−Ｚテーブル駆動装置３は、位
置決め手段、深さ方向走査手段及び素子配列走査手段に
対応する。
て詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る
評価装置の構成を示すものである。図において、１００
はその表面にＬＥＤとなるＰＮ接合が全面に形成された
ウェーハであり、このウェーハ１００には通電のための
電極や電気的な素子間分離のための切込み溝は特に必要
とせず、形成されていない。発光素子の発光層１０１は
Ｐ層、発光層１０２はＮ層、１０３は基板である。１
は、測定用ステージである。ウェーハ１００は、この測
定用ステージ１に載置されている。２は、Ｘ−Ｙ−Ｚテ
ーブルである。測定用ステージ１は、このＸ−Ｙ−Ｚテ
ーブル２上に載置され、これによってＸ−Ｙ平面内とＺ
軸方向を自由に移動する。これにより、ウェーハ１００
も自由に移動する。３は、このＸ−Ｙ−Ｚテーブル２を
駆動するＸ−Ｙ−Ｚテーブル駆動装置である。Ｘ−Ｙ−
Ｚテーブル２及びＸ−Ｙ−Ｚテーブル駆動装置３は、位
置決め手段、深さ方向走査手段及び素子配列走査手段に
対応する。
【００１２】４は、ピンホールフィルタを有する共焦点
光学（confocal optical）系であり、励起光発生手段た
るパルスレーザ光発生器５からのパルス光を集光してウ
ェーハ１００に入射し、蛍光を発生させる。６は光検出
手段たる光検出器、７は波形回析手段たる波形解析装
置、８は推定手段たるデータ処理装置、９はデータ出力
装置である。光検出器６はウェーハ１００からの蛍光を
受光して光電変換するもので、その出力信号は波形解析
装置７に与えられる。
光学（confocal optical）系であり、励起光発生手段た
るパルスレーザ光発生器５からのパルス光を集光してウ
ェーハ１００に入射し、蛍光を発生させる。６は光検出
手段たる光検出器、７は波形回析手段たる波形解析装
置、８は推定手段たるデータ処理装置、９はデータ出力
装置である。光検出器６はウェーハ１００からの蛍光を
受光して光電変換するもので、その出力信号は波形解析
装置７に与えられる。
【００１３】データ処理装置８は、波形解析装置７から
のライフタイムデータに基づいて素子の発光効率を求
め、ある深さにおける発光効率、深さ方向においてピー
クとなる発光効率あるいは発光効率の深さ方向における
分布プロファイル等の種々のパターンの発光効率を規格
値あるいは規格プロファイル波形と比較して対象素子が
良品であるか否かを判断し、発光効率の大小による素子
のランクを決定する機能を有する。また、データ処理装
置８は、ウェーハ１００上に配列された発光素子群の発
光効率の平面的分布を記憶し、統計的に処理する機能を
有する。より詳細には後述する図５に示すような処理を
実行し、評価作業全般を司るものとなっている。このデ
ータ処理装置８における評価結果はデータ出力装置９に
より種々のフォーマットでプリントアウトされる。同期
制御装置１０は、データ処理装置８の測定指示信号に応
答して、ウェーハ１００のＸ，Ｙ，Ｚ位置決めと、パル
ス光の供給と、測定データの取込みとのタイミングを制
御するものである。また、ここでは特に図示していない
が、不良素子部分をマーキングする手段等を有してい
る。
のライフタイムデータに基づいて素子の発光効率を求
め、ある深さにおける発光効率、深さ方向においてピー
クとなる発光効率あるいは発光効率の深さ方向における
分布プロファイル等の種々のパターンの発光効率を規格
値あるいは規格プロファイル波形と比較して対象素子が
良品であるか否かを判断し、発光効率の大小による素子
のランクを決定する機能を有する。また、データ処理装
置８は、ウェーハ１００上に配列された発光素子群の発
光効率の平面的分布を記憶し、統計的に処理する機能を
有する。より詳細には後述する図５に示すような処理を
実行し、評価作業全般を司るものとなっている。このデ
ータ処理装置８における評価結果はデータ出力装置９に
より種々のフォーマットでプリントアウトされる。同期
制御装置１０は、データ処理装置８の測定指示信号に応
答して、ウェーハ１００のＸ，Ｙ，Ｚ位置決めと、パル
ス光の供給と、測定データの取込みとのタイミングを制
御するものである。また、ここでは特に図示していない
が、不良素子部分をマーキングする手段等を有してい
る。
【００１４】図２は、共焦点光学系４の構成の詳細を示
したものである。同図において、４０１は、入射パルス
光を反射し、発生する蛍光を透過するダイクロイックミ
ラー、４０２は、ウェーハ１００内に焦点Ｂを結ばせる
ための第１の集光レンズ（対物レンズ）である。パルス
光の照射によってウェーハ表面に発生した蛍光は第１の
集光レンズ４０２、ダイクロイックミラー４０１を逆に
通り、第２の集光レンズ（結像レンズ）４０３により再
び集光され焦点Ｂ′を結ぶ。光検出器６の前に形成され
る焦点面にはピンホールフィルタ４０４が配置されてい
る。ピンホールフィルタ４０４のピンホールが焦点Ｂよ
り発せられた蛍光を妨げることなく通過させ光検出器６
へ有効に入射させる。しかし、焦点Ｂ以外の位置Ａ及び
Ｃから発せられた蛍光は夫々Ａ′（図示せず）及びＣ′
に集光するためピンホールに妨げられごく一部のものを
除いて光検出器６に達することができない。このよう
に、共焦点光学系４により焦点Ｂからの蛍光を選択的に
検出することができる。この共焦点光学系は共焦点光学
系を備える顕微鏡を流用することができる。従来、これ
らにより不透明な材質の表面状態の観察や強い散乱をみ
せる半透明な試料の表面状態の観察等が行なわれている
が、本発明では、透明な材質の発する内部蛍光を選択的
に観察できるようにしている。
したものである。同図において、４０１は、入射パルス
光を反射し、発生する蛍光を透過するダイクロイックミ
ラー、４０２は、ウェーハ１００内に焦点Ｂを結ばせる
ための第１の集光レンズ（対物レンズ）である。パルス
光の照射によってウェーハ表面に発生した蛍光は第１の
集光レンズ４０２、ダイクロイックミラー４０１を逆に
通り、第２の集光レンズ（結像レンズ）４０３により再
び集光され焦点Ｂ′を結ぶ。光検出器６の前に形成され
る焦点面にはピンホールフィルタ４０４が配置されてい
る。ピンホールフィルタ４０４のピンホールが焦点Ｂよ
り発せられた蛍光を妨げることなく通過させ光検出器６
へ有効に入射させる。しかし、焦点Ｂ以外の位置Ａ及び
Ｃから発せられた蛍光は夫々Ａ′（図示せず）及びＣ′
に集光するためピンホールに妨げられごく一部のものを
除いて光検出器６に達することができない。このよう
に、共焦点光学系４により焦点Ｂからの蛍光を選択的に
検出することができる。この共焦点光学系は共焦点光学
系を備える顕微鏡を流用することができる。従来、これ
らにより不透明な材質の表面状態の観察や強い散乱をみ
せる半透明な試料の表面状態の観察等が行なわれている
が、本発明では、透明な材質の発する内部蛍光を選択的
に観察できるようにしている。
【００１５】図３は、光検出器６の検出出力の一例を示
している。同図において、点線ａはウェーハ１００に入
射されるパルスレーザ光の波形、実線ｂはそれにより発
せられた蛍光の光検出波形（レスポンス）の一例であ
る。波形解析装置７はこのような光検出器６の出力信号
の減衰波形を指数関数で近似し、最小二乗法により減衰
時定数を求める。この時定数がキャリアのライフタイム
を示すものである。例えば、指数関数として、Ｉ（ｔ）
＝Ｉ0 ・ｅｘｐ（−ｔ／τ）を用いることができる。こ
の式中、Ｉ0 は蛍光のピーク値、τは減衰時定数、ｔは
時間である。近似によりこのτを求めるのである。ここ
でＩ0 は吸収や散乱の影響を多く受けるが、τは全くそ
の影響がないことに注目すべきである。時定数τ、すな
わち、ライフタイムは後述するように発光効率と密接な
相関関係がある。
している。同図において、点線ａはウェーハ１００に入
射されるパルスレーザ光の波形、実線ｂはそれにより発
せられた蛍光の光検出波形（レスポンス）の一例であ
る。波形解析装置７はこのような光検出器６の出力信号
の減衰波形を指数関数で近似し、最小二乗法により減衰
時定数を求める。この時定数がキャリアのライフタイム
を示すものである。例えば、指数関数として、Ｉ（ｔ）
＝Ｉ0 ・ｅｘｐ（−ｔ／τ）を用いることができる。こ
の式中、Ｉ0 は蛍光のピーク値、τは減衰時定数、ｔは
時間である。近似によりこのτを求めるのである。ここ
でＩ0 は吸収や散乱の影響を多く受けるが、τは全くそ
の影響がないことに注目すべきである。時定数τ、すな
わち、ライフタイムは後述するように発光効率と密接な
相関関係がある。
【００１６】図４は、発光素子が形成されたウェーハ１
００のライフタイムの深さ方向における分布の一例を模
式的に示したものである。同図に示す例では、ライフタ
イムはＰ層１０１では小さく、Ｎ層１０２で大きくなる
分布を有する。従って、共焦点光学系の一方の焦点の位
置をウェーハ１００の深さ方向においてＡ〜Ｃまで移動
させてライフタイムを逐次測定すれば、同図に示す如く
深さ方向のライフタイムの分布を得ることが可能とな
る。このライフタイムを図６に示すような各深さにおい
て予め求められているライフタイムと発光効率の相関関
係に基づいて深さ方向における発光効率の分布に変換す
ることができる。
００のライフタイムの深さ方向における分布の一例を模
式的に示したものである。同図に示す例では、ライフタ
イムはＰ層１０１では小さく、Ｎ層１０２で大きくなる
分布を有する。従って、共焦点光学系の一方の焦点の位
置をウェーハ１００の深さ方向においてＡ〜Ｃまで移動
させてライフタイムを逐次測定すれば、同図に示す如く
深さ方向のライフタイムの分布を得ることが可能とな
る。このライフタイムを図６に示すような各深さにおい
て予め求められているライフタイムと発光効率の相関関
係に基づいて深さ方向における発光効率の分布に変換す
ることができる。
【００１７】次に、図５を参照して測定及びデータ処理
の概要を説明する。まず、ステップＳ１において初期設
定を行なう。ここでは、ウェーハの種類、口径、測定モ
ード等を設定する。ウェーハの種類とは、ウェーハ上に
形成される素子の種別、例えば発光色赤のＬＥＤ、発光
色緑のＬＥＤ等の種類によるＩＤ（識別符号）や、素子
の材質別に設定されたＩＤ等を示すもので、後述する評
価処理にて測定データと比較対照される規格値選定の際
参照されるものである。口径とはウェーハの直径で、Ｘ
−Ｙ−Ｚテーブル２で素子一つの位置決めするときの駆
動ストロークを同期制御装置１０を経由してＸ−Ｙ−Ｚ
テーブル駆動装置３に指示するために参照される。測定
モードは、例えば、素子全てを測定するモードである
か、あるいは一部を測定するモードであるかを示し、一
部測定である場合には素子何個置きに測定するかを示す
ピッチを指定するものとしても機能する。
の概要を説明する。まず、ステップＳ１において初期設
定を行なう。ここでは、ウェーハの種類、口径、測定モ
ード等を設定する。ウェーハの種類とは、ウェーハ上に
形成される素子の種別、例えば発光色赤のＬＥＤ、発光
色緑のＬＥＤ等の種類によるＩＤ（識別符号）や、素子
の材質別に設定されたＩＤ等を示すもので、後述する評
価処理にて測定データと比較対照される規格値選定の際
参照されるものである。口径とはウェーハの直径で、Ｘ
−Ｙ−Ｚテーブル２で素子一つの位置決めするときの駆
動ストロークを同期制御装置１０を経由してＸ−Ｙ−Ｚ
テーブル駆動装置３に指示するために参照される。測定
モードは、例えば、素子全てを測定するモードである
か、あるいは一部を測定するモードであるかを示し、一
部測定である場合には素子何個置きに測定するかを示す
ピッチを指定するものとしても機能する。
【００１８】この初期設定後、ステップＳ２で測定用ス
テージ１へのウェーハ１００のセットを図示しないウェ
ーハ搬送装置に指示する。これにより、一枚のウェーハ
１００がウェーハ供給カセットより取り出され、測定用
ステージ１上にセットされる。ウェーハ１００のアライ
メント（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の位置合わせ）により測定準備
が完了し、ウェーハ搬送装置から作業完了通知が送られ
てくる。これにより測定が始められる。ここで、共焦点
光学系４の一方の対物側焦点は通常の蛍光測定と同様に
してウェーハ１００の表面に定められる。ステップＳ３
でパルスレーザ光をウェーハ１００に照射し、蛍光を生
ぜしめる。
テージ１へのウェーハ１００のセットを図示しないウェ
ーハ搬送装置に指示する。これにより、一枚のウェーハ
１００がウェーハ供給カセットより取り出され、測定用
ステージ１上にセットされる。ウェーハ１００のアライ
メント（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の位置合わせ）により測定準備
が完了し、ウェーハ搬送装置から作業完了通知が送られ
てくる。これにより測定が始められる。ここで、共焦点
光学系４の一方の対物側焦点は通常の蛍光測定と同様に
してウェーハ１００の表面に定められる。ステップＳ３
でパルスレーザ光をウェーハ１００に照射し、蛍光を生
ぜしめる。
【００１９】ステップＳ４では、共焦点光学系４の他方
の像側焦点に配設されたピンホールフィルタ４０４によ
って、生じた蛍光のうち一方の対物側焦点から発せられ
たもののみを選択的に検出し、光検出器６を介して波形
解析装置７に取込む。そして、蛍光波形の減衰時定数の
示すライフタイムを求める。ステップＳ５でウェーハ１
００の深さ方向におけるライフタイム分布の測定が終了
したか否かを判断する。終了していなければ、ステップ
Ｓ６でＺステージを移動し、焦点位置がウェーハ１００
内に定められるようにＺステージを上昇移動させる
（Ｘ，Ｙステージは動かさない）。この移動量ΔＺは、
ウェーハ１００の表面からの焦点の深さをｄ、ウェーハ
１００の屈折率をｎとすると、光学の原理より、ΔＺ＝
ｄ／ｎとなるようにする。深さ方向のライフタイム分布
の測定が済むまでステップＳ３〜ステップＳ６を繰り返
す。終了したならば、ステップＳ７において、データ処
理装置８はライフタイムの深さプロファイルを解析し、
例えば、品質評価パラメータとしてライフタイムの最大
値とその深さ位置を求める。そして、ステップＳ８にて
ステップＳ７で得られたライフタイムデータの示す発光
効率を図６に点線で示すような検量線により求める。こ
の検量線は少数キャリアのライフタイムと発光効率との
相関を示すもので、予め実測によりデータを取り、デー
タ処理装置８にプリセットしておくものである。そのプ
リセットの仕方としては、例えばテーブル（表）の形を
取るのが簡単な方法であり、中間値は補間により算出す
るようにする。これにより、一つの発光素子の発光効率
の測定を終る。測定された発光効率と予め設定されてい
るロットの発光効率の目標値とを比較する。比較の結
果、不良と判定された発光素子に適当なマーキング等を
施してもよい。あるいは、不良発光素子のウェーハ上の
位置をデータ処理装置に記憶する。各発光素子の測定デ
ータはそのウェーハ上の位置と共にデータ処理装置８に
記憶される。発光素子の品質評価パラメータとしては、
上記ライフタイム（発光効率）のピーク及び深さ位置の
他、特定の深さにおけるライフタイム、ライフタイムの
深さ方向における分布曲線の形状、傾き、山谷の位置
等、被測定発光素子の特性に応じて種々の比較基準を用
いることが可能である。ステップＳ９において、全素子
を測定したか否かを判断する。測定していなければ、ス
テップＳ１０にてＸ，Ｙステージを移動して次の素子を
位置決めし、同時にＺステージをウェーハ１００の表面
に焦点がもどるように下降移動する。そして、全素子の
測定が済むまでステップＳ３〜ステップＳ１０を繰り返
す。
の像側焦点に配設されたピンホールフィルタ４０４によ
って、生じた蛍光のうち一方の対物側焦点から発せられ
たもののみを選択的に検出し、光検出器６を介して波形
解析装置７に取込む。そして、蛍光波形の減衰時定数の
示すライフタイムを求める。ステップＳ５でウェーハ１
００の深さ方向におけるライフタイム分布の測定が終了
したか否かを判断する。終了していなければ、ステップ
Ｓ６でＺステージを移動し、焦点位置がウェーハ１００
内に定められるようにＺステージを上昇移動させる
（Ｘ，Ｙステージは動かさない）。この移動量ΔＺは、
ウェーハ１００の表面からの焦点の深さをｄ、ウェーハ
１００の屈折率をｎとすると、光学の原理より、ΔＺ＝
ｄ／ｎとなるようにする。深さ方向のライフタイム分布
の測定が済むまでステップＳ３〜ステップＳ６を繰り返
す。終了したならば、ステップＳ７において、データ処
理装置８はライフタイムの深さプロファイルを解析し、
例えば、品質評価パラメータとしてライフタイムの最大
値とその深さ位置を求める。そして、ステップＳ８にて
ステップＳ７で得られたライフタイムデータの示す発光
効率を図６に点線で示すような検量線により求める。こ
の検量線は少数キャリアのライフタイムと発光効率との
相関を示すもので、予め実測によりデータを取り、デー
タ処理装置８にプリセットしておくものである。そのプ
リセットの仕方としては、例えばテーブル（表）の形を
取るのが簡単な方法であり、中間値は補間により算出す
るようにする。これにより、一つの発光素子の発光効率
の測定を終る。測定された発光効率と予め設定されてい
るロットの発光効率の目標値とを比較する。比較の結
果、不良と判定された発光素子に適当なマーキング等を
施してもよい。あるいは、不良発光素子のウェーハ上の
位置をデータ処理装置に記憶する。各発光素子の測定デ
ータはそのウェーハ上の位置と共にデータ処理装置８に
記憶される。発光素子の品質評価パラメータとしては、
上記ライフタイム（発光効率）のピーク及び深さ位置の
他、特定の深さにおけるライフタイム、ライフタイムの
深さ方向における分布曲線の形状、傾き、山谷の位置
等、被測定発光素子の特性に応じて種々の比較基準を用
いることが可能である。ステップＳ９において、全素子
を測定したか否かを判断する。測定していなければ、ス
テップＳ１０にてＸ，Ｙステージを移動して次の素子を
位置決めし、同時にＺステージをウェーハ１００の表面
に焦点がもどるように下降移動する。そして、全素子の
測定が済むまでステップＳ３〜ステップＳ１０を繰り返
す。
【００２０】全素子の測定が終了すると、ステップＳ１
１にてウェーハ搬送装置（図示せず）にて対象ウェーハ
１００を収納カセット（図示せず）に戻す。その後、ス
テップＳ１２にて全ウェーハについての測定が済んだか
否かを判断し、済んでいなければステップＳ２へ戻る。
つまり、全ウェーハについての測定が終了するまでステ
ップＳ２〜ステップＳ１２を繰り返す。全てのウェーハ
について測定が終了すると、ステップＳ１３において処
理結果をデータ出力装置９によりプリントアウトする。
また、図示しないＣＲＴにモニタ表示しても良い。
１にてウェーハ搬送装置（図示せず）にて対象ウェーハ
１００を収納カセット（図示せず）に戻す。その後、ス
テップＳ１２にて全ウェーハについての測定が済んだか
否かを判断し、済んでいなければステップＳ２へ戻る。
つまり、全ウェーハについての測定が終了するまでステ
ップＳ２〜ステップＳ１２を繰り返す。全てのウェーハ
について測定が終了すると、ステップＳ１３において処
理結果をデータ出力装置９によりプリントアウトする。
また、図示しないＣＲＴにモニタ表示しても良い。
【００２１】本実施例によれば、被測定素子の蛍光波形
における減衰時定数の示すライフタイムを求め、発光層
内の深さプロファイルから測定素子の発光効率を推定す
るようになっているから、被測定素子への電極付けやウ
ェーハの素子間分離工程は不要であり、隣接ペレット間
での光の散乱、吸収による相互干渉の影響を受けること
なく、ウェーハ段階での高精度な素子特性の評価を行な
うことができ、スループットが向上する。更に言えば、
発光素子として発光効率を支配するのはＰＮ接合近傍の
ライフタイムであるが、従来の蛍光測定法ではウェーハ
１００の表面近傍のライフタイムしか求まらなかった。
表面のライフタイムは表面状態（キズ、歪、ダメージ）
の影響を受けやすいこと、主発光領域ではないこと等に
より測定データと発光効率との相関が悪かった。これに
対して、本実施例では主発光領域のライフタイムを非破
壊、非接触で求めることができ、発光効率との相関も良
くなり、発光素子の内部状態も評価可能となったもので
ある。
における減衰時定数の示すライフタイムを求め、発光層
内の深さプロファイルから測定素子の発光効率を推定す
るようになっているから、被測定素子への電極付けやウ
ェーハの素子間分離工程は不要であり、隣接ペレット間
での光の散乱、吸収による相互干渉の影響を受けること
なく、ウェーハ段階での高精度な素子特性の評価を行な
うことができ、スループットが向上する。更に言えば、
発光素子として発光効率を支配するのはＰＮ接合近傍の
ライフタイムであるが、従来の蛍光測定法ではウェーハ
１００の表面近傍のライフタイムしか求まらなかった。
表面のライフタイムは表面状態（キズ、歪、ダメージ）
の影響を受けやすいこと、主発光領域ではないこと等に
より測定データと発光効率との相関が悪かった。これに
対して、本実施例では主発光領域のライフタイムを非破
壊、非接触で求めることができ、発光効率との相関も良
くなり、発光素子の内部状態も評価可能となったもので
ある。
【００２２】次に、図１に示す実施例のシステム構成に
よって試験を行なった結果について説明する。サンプル
素子は、ＧａＰウェーハ上に形成された緑色ＬＥＤ用エ
ピウェーハである。この５．０８cm（２インチ）径Ｇａ
Ｐエピウェーハを１カセット（２５枚）用意し、１ｍｍ
ピッチでウェーハ１枚あたり約２０００点の発光素子に
ついて図５に示す手順で測定を行なった。ちなみに、Ｇ
ａＰの禁制帯幅のエネルギーは室温で約２．３４ｅＶ
（約５３０ｎｍ）、屈折率は約３．５、光の吸収係数は
約１０3 ｃｍ-1程度である。従って、光のロスをできる
だけ少なくして内部蛍光を得るために照射するパルス光
の波長としては５２０〜５３０ｎｍ程度が適当である。
このとき、入射光はウェーハ１００の表面で約３０％が
反射され、残り約７０％がウェーハ１００内へ侵透す
る。透過光は、例えばウェーハ１００内の深さ１０μｍ
のところでは吸収によりさらに約２６％に減衰し、２０
μｍのところでは、約１０％に減衰する。
よって試験を行なった結果について説明する。サンプル
素子は、ＧａＰウェーハ上に形成された緑色ＬＥＤ用エ
ピウェーハである。この５．０８cm（２インチ）径Ｇａ
Ｐエピウェーハを１カセット（２５枚）用意し、１ｍｍ
ピッチでウェーハ１枚あたり約２０００点の発光素子に
ついて図５に示す手順で測定を行なった。ちなみに、Ｇ
ａＰの禁制帯幅のエネルギーは室温で約２．３４ｅＶ
（約５３０ｎｍ）、屈折率は約３．５、光の吸収係数は
約１０3 ｃｍ-1程度である。従って、光のロスをできる
だけ少なくして内部蛍光を得るために照射するパルス光
の波長としては５２０〜５３０ｎｍ程度が適当である。
このとき、入射光はウェーハ１００の表面で約３０％が
反射され、残り約７０％がウェーハ１００内へ侵透す
る。透過光は、例えばウェーハ１００内の深さ１０μｍ
のところでは吸収によりさらに約２６％に減衰し、２０
μｍのところでは、約１０％に減衰する。
【００２３】通常、Ｐ層１０１の厚さは１０μｍ程度な
ので、ＰＮ接合を越えてＮ層１０２まで十分蛍光を励起
できる。一方、発生する蛍光はさらに微弱であるが逆に
吸収係数は十分小さくなるのでウェーハ１００の外まで
取り出すことができる。
ので、ＰＮ接合を越えてＮ層１０２まで十分蛍光を励起
できる。一方、発生する蛍光はさらに微弱であるが逆に
吸収係数は十分小さくなるのでウェーハ１００の外まで
取り出すことができる。
【００２４】結果は、図４に模式的に示した如くであ
り、ライフタイムの深さプロファイルは、Ｐ層１０１で
は７０〜１２０ｎｓ程度であり、ＰＮ接合で一旦下がる
がＮ層１０２では２００〜３５０ｎｓに増加する。上述
したようにｎ層のライフタイムと発光効率は良く相関す
る。一例を示せば、図６に示す如くである。また、これ
は発光素子にパルス電流を流して得られる発光のライフ
タイムと同様であった。
り、ライフタイムの深さプロファイルは、Ｐ層１０１で
は７０〜１２０ｎｓ程度であり、ＰＮ接合で一旦下がる
がＮ層１０２では２００〜３５０ｎｓに増加する。上述
したようにｎ層のライフタイムと発光効率は良く相関す
る。一例を示せば、図６に示す如くである。また、これ
は発光素子にパルス電流を流して得られる発光のライフ
タイムと同様であった。
【００２５】図７に、ウェーハ１００の面内分布の一例
を示す。ライフタイムの大きい領域がウェーハ内の３ケ
所に見られ、（１１１）ウェーハの３回対象分布を示し
た。
を示す。ライフタイムの大きい領域がウェーハ内の３ケ
所に見られ、（１１１）ウェーハの３回対象分布を示し
た。
【００２６】図８は、最終製品のＬＥＤにした後の発光
効率のウェーハ径方向分布を示したものである。図７で
予見的に得られた結果と良く一致している。
効率のウェーハ径方向分布を示したものである。図７で
予見的に得られた結果と良く一致している。
【００２７】本発明による装置を用いた場合、従来方法
では、ウェーハ１枚当り２０個が限度であった時間内
で、２０００個×２５枚の全てのＬＥＤについて測定を
終了した。よって上記実施例によれば、従来法に比して
２桁程、木目細かにウェーハ上の発光素子を測定できる
ことになり、測定時間は１測定点あたり数秒と高速であ
る。そして、上述したように本発明の装置によれば、短
時間で高精度の測定結果、評価結果が得られるものであ
る。実施例では、図６の如くライフタイムを発光効率に
置き換えて測定している。ウェーハ上のＬＥＤの２０個
についてこの測定方法によって測定した結果と、その２
０個について従来法により測定した場合との結果を比較
したところ、約±５％の範囲内で一致していた。この数
字はいずれの測定法における誤差であるかわからない程
に小さなものである。
では、ウェーハ１枚当り２０個が限度であった時間内
で、２０００個×２５枚の全てのＬＥＤについて測定を
終了した。よって上記実施例によれば、従来法に比して
２桁程、木目細かにウェーハ上の発光素子を測定できる
ことになり、測定時間は１測定点あたり数秒と高速であ
る。そして、上述したように本発明の装置によれば、短
時間で高精度の測定結果、評価結果が得られるものであ
る。実施例では、図６の如くライフタイムを発光効率に
置き換えて測定している。ウェーハ上のＬＥＤの２０個
についてこの測定方法によって測定した結果と、その２
０個について従来法により測定した場合との結果を比較
したところ、約±５％の範囲内で一致していた。この数
字はいずれの測定法における誤差であるかわからない程
に小さなものである。
【００２８】なお、本発明を実施するに当って使用する
パルス光源５は窒素レーザの強力なパルス励起光源によ
って励起した色素レーザであることがより好ましい。同
じく、光検出器６としてはライフタイムが見られる程度
の応答速度を持つものであれば良く一般的にはフォトマ
ル、ＰＩＮダイオード、ＡＰＤ、さらにはストリークカ
メラ等が適しており、微弱な蛍光を確実に検出するため
にフォトンカウンティング法が好ましい。
パルス光源５は窒素レーザの強力なパルス励起光源によ
って励起した色素レーザであることがより好ましい。同
じく、光検出器６としてはライフタイムが見られる程度
の応答速度を持つものであれば良く一般的にはフォトマ
ル、ＰＩＮダイオード、ＡＰＤ、さらにはストリークカ
メラ等が適しており、微弱な蛍光を確実に検出するため
にフォトンカウンティング法が好ましい。
【００２９】また、上述した実施例では蛍光の減衰波形
を指数関数近似し最小二乗法により時定数を求めている
が、より簡便にするために、図９に示すように、０．９
Ｉ0から０．２Ｉ0 に減衰するまでの時間を求める近似
を行なっても良い。
を指数関数近似し最小二乗法により時定数を求めている
が、より簡便にするために、図９に示すように、０．９
Ｉ0から０．２Ｉ0 に減衰するまでの時間を求める近似
を行なっても良い。
【００３０】更に、他の実施例としてＡｌＧａＡｓ高輝
度赤色ＬＥＤ、ＩｎＧａＡｌＰ四元高輝度橙色〜緑色Ｌ
ＥＤ等の活性層の禁制帯幅のエネルギーより大きなエネ
ルギーのクラッド層を有する発光素子に適用したとこ
ろ、クラッド層での吸収が激減する分より高感度で同様
の効果が得られた。従って、本発明を適用することによ
って、従来のようにクラッド層をエッチング除去して破
壊評価することなく活性層の特性が得られるという多大
なメリットを有している。
度赤色ＬＥＤ、ＩｎＧａＡｌＰ四元高輝度橙色〜緑色Ｌ
ＥＤ等の活性層の禁制帯幅のエネルギーより大きなエネ
ルギーのクラッド層を有する発光素子に適用したとこ
ろ、クラッド層での吸収が激減する分より高感度で同様
の効果が得られた。従って、本発明を適用することによ
って、従来のようにクラッド層をエッチング除去して破
壊評価することなく活性層の特性が得られるという多大
なメリットを有している。
【００３１】以上の実施例では、活性層の禁制帯幅のエ
ネルギーにできるだけ近いエネルギーのパルス光を選ん
でライフタイムの深さプロファイルを求めるものであっ
たが、更にパルス光のエネルギーを連続的に変化させて
ウェーハ１００内への侵入距離を変化させる方法を併用
しても良い。すなわち、パルス光のエネルギーを高くす
ると急激にウェーハ１００内での吸収が増加し、それ以
上の深い領域の蛍光が得られなくなることを利用するも
のである。
ネルギーにできるだけ近いエネルギーのパルス光を選ん
でライフタイムの深さプロファイルを求めるものであっ
たが、更にパルス光のエネルギーを連続的に変化させて
ウェーハ１００内への侵入距離を変化させる方法を併用
しても良い。すなわち、パルス光のエネルギーを高くす
ると急激にウェーハ１００内での吸収が増加し、それ以
上の深い領域の蛍光が得られなくなることを利用するも
のである。
【００３２】更に、ピンホールフィルタ４０４の後に分
光器（図示せず）を設けて、蛍光の波長スペクトルを求
める方法を併用しても良い。
光器（図示せず）を設けて、蛍光の波長スペクトルを求
める方法を併用しても良い。
【００３３】また、本発明の装置は発光素子の輝度選別
のためだけでなく、ウェーハ１００の輝度ランク別けに
用いても良い。この場合には、個々の素子の値よりはよ
り広い領域の平均的な値でよいのでより少ない測定ポイ
ントでウェーハ全体の傾向を判断することができる。こ
れによりウェーハ工程途中でより早くウェーハの品質モ
ニタ管理が可能となる。
のためだけでなく、ウェーハ１００の輝度ランク別けに
用いても良い。この場合には、個々の素子の値よりはよ
り広い領域の平均的な値でよいのでより少ない測定ポイ
ントでウェーハ全体の傾向を判断することができる。こ
れによりウェーハ工程途中でより早くウェーハの品質モ
ニタ管理が可能となる。
【００３４】更に、Ｐ層１０１を不純物拡散により形成
するウェーハに適用しても良い。すなわちＰＮ接合が形
成される領域（深さ約５μｍ）のライフタイムを事前に
求めておけば発光効率が事前に予測できる。更に、拡散
工程前後でのライフタイムの変化により拡散工程をモニ
タし、プロセスチェック、プロセスパラメータの最適化
が可能になるというメリットが得られる。
するウェーハに適用しても良い。すなわちＰＮ接合が形
成される領域（深さ約５μｍ）のライフタイムを事前に
求めておけば発光効率が事前に予測できる。更に、拡散
工程前後でのライフタイムの変化により拡散工程をモニ
タし、プロセスチェック、プロセスパラメータの最適化
が可能になるというメリットが得られる。
【００３５】以上説明したように本発明の装置は、その
主旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施できるもの
である。
主旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施できるもの
である。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、測
定対象素子の内部蛍光の発光波形における減衰時定数か
らキャリアのライフタイムを求め、このライフタイムの
深さ分布に基づいて測定対象素子の発光効率を推定する
ようになっており、かつ非破壊・非接触であるから素子
への電極付けや素子分離工程を必要とせず、隣接素子間
での光の散乱や吸収による相互干渉の影響を受けること
がない。従って、従来よりもより前工程であるウェーハ
段階での素子評価を行なうことが出来、検査効率及びス
ループットが向上する。
定対象素子の内部蛍光の発光波形における減衰時定数か
らキャリアのライフタイムを求め、このライフタイムの
深さ分布に基づいて測定対象素子の発光効率を推定する
ようになっており、かつ非破壊・非接触であるから素子
への電極付けや素子分離工程を必要とせず、隣接素子間
での光の散乱や吸収による相互干渉の影響を受けること
がない。従って、従来よりもより前工程であるウェーハ
段階での素子評価を行なうことが出来、検査効率及びス
ループットが向上する。
【００３７】また、複数の発光素子を一つずつ順次的に
測定対象として切換えることにより、半導体ウェーハ上
の多数の素子をシーケンシャルに自動測定が可能とな
る。この点からもスループットが向上する。このため、
ウェーハ上の全素子の検査が短時間で実現可能となり、
不良ウェーハ、不良素子が次工程へ流れるのを防ぐこと
が出来、また、発光効率によるウェーハ段階でのグレー
ド選別が可能となり、ウェーハの品質管理向上、生産性
向上に寄与する。
測定対象として切換えることにより、半導体ウェーハ上
の多数の素子をシーケンシャルに自動測定が可能とな
る。この点からもスループットが向上する。このため、
ウェーハ上の全素子の検査が短時間で実現可能となり、
不良ウェーハ、不良素子が次工程へ流れるのを防ぐこと
が出来、また、発光効率によるウェーハ段階でのグレー
ド選別が可能となり、ウェーハの品質管理向上、生産性
向上に寄与する。
【００３８】更に、ウェーハ内の発光効率のマッピング
によりダイソートの信頼性が上がる他、輝度のランク別
け精度が大幅に向上し、アレーやディスプレイパネル等
の製造工程において発生する面内輝度ムラ不良を大幅に
低減出来、製造歩留りも向上する。このように、本発明
はその工業的使用により大幅な生産性向上を期待出来、
極めて実用価値が高いものである。
によりダイソートの信頼性が上がる他、輝度のランク別
け精度が大幅に向上し、アレーやディスプレイパネル等
の製造工程において発生する面内輝度ムラ不良を大幅に
低減出来、製造歩留りも向上する。このように、本発明
はその工業的使用により大幅な生産性向上を期待出来、
極めて実用価値が高いものである。
【図１】本発明の実施例に係る半導体発光素子の評価装
置の構成を示すブロック図。
置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の構成要素である共焦点光学系の詳細及
び動作原理を説明するための図。
び動作原理を説明するための図。
【図３】測定対象素子に入射されるパルス光と測定対象
素子から発せられる蛍光の検出信号の一例を示す波形
図。
素子から発せられる蛍光の検出信号の一例を示す波形
図。
【図４】測定対象素子のウェーハ表面からのライフタイ
ムの深さプロファイルの一例を示す図。
ムの深さプロファイルの一例を示す図。
【図５】図１に示すデータ処理装置の処理内容を示すフ
ローチャート。
ローチャート。
【図６】ライフタイムと発光効率の相関を示す図。
【図７】本発明の装置によりライフタイムのウェーハ面
内分布を測定したときのマップデータを示す図。
内分布を測定したときのマップデータを示す図。
【図８】素子の発光効率のウェーハ径方向分布で図７の
ライフタイムの径方向分布との対応を示す図。
ライフタイムの径方向分布との対応を示す図。
【図９】測定対象から発せられる蛍光のライフタイムを
求める近似を示す図。
求める近似を示す図。
１ 測定用ステージ ２ Ｘ−Ｙ−Ｚテーブル ３ Ｘ−Ｙ−Ｚテーブル駆動装置 ４ ピンホールフィルタを有する共焦点光学系 ５ パルスレーザ光発生器 ６ 光検出器 ７ 蛍光波形解析装置 ８ データ処理装置 ９ データ出力装置 １０ 同期制御装置 １００ 発光素子が形成されたウェーハ １０１ Ｐ層 １０２ Ｎ層 １０３ 基板 ４０１ ダイクロイックミラー ４０２ 対物レンズ ４０３ 結像レンズ ４０４ ピンホールフィルタ
Claims (4)
- 【請求項１】ウェーハ上に形成された発光素子の発光層
のキャリアを励起して蛍光を生ぜしめるパルス光を発生
する励起光発生手段と、 前記パルス光を一方の焦点に導出し、他方の焦点に前記
一方の焦点から発せられる光のみを導出する共焦点光学
系と、 前記一方の焦点の位置を前記発光層内部に位置させる位
置決め手段と、 前記他方の焦点に配置されて前記パルス光の照射に対す
る前記発光層内部の蛍光を検出する光検出手段と、 前記蛍光を経時的に観測して、前記蛍光の減衰波形から
ライフタイムを求める波形解析手段と、 予め得られているライフタイム及び発光効率相互の相関
関係に基づいて、前記求められたライフタイムに対応す
る前記発光層内部の発光効率を推定する推定手段と、 を備える半導体発光素子の評価装置。 - 【請求項２】ウェーハ上に二次元に配列された複数の発
光素子の発光層のキャリアを励起して蛍光を生ぜしめる
パルス光を発生する励起光発生手段と、 前記パルス光を一方の焦点に導出し、他方の焦点に前記
一方の焦点から発せられる光のみを導出する共焦点光学
系と、 前記一方の焦点の位置を前記発光素子の深さ方向に走査
させる深さ方向走査手段と、 前記一方の焦点の位置を前記複数の発光素子の配列に沿
って走査させる素子配列走査手段と、 前記他方の焦点に配置されて前記パルス光の照射に対す
る前記発光層内部の蛍光を検出する光検出手段と、 各発光素子毎に前記蛍光を経時的に観測して、前記蛍光
の減衰波形からライフタイムを求める波形解析手段と、 予め得られているライフタイム及び発光効率相互の相関
関係に基づいて、前記求められたライフタイムに対応す
る各発光素子の発光層内部の発光効率を推定する推定手
段と、 を備える半導体発光素子の評価装置。 - 【請求項３】前記推定手段は、発光素子表面から深さ方
向における前記ライフタイムの分布プロファイルに基づ
いて前記発光素子の発光効率を求めることを特徴とする
請求項１または２記載の半導体発光素子の評価装置。 - 【請求項４】ウェーハ表面に形成された発光素子の発光
層内部の特定の位置に、共焦点光学系を用いて発光層の
キャリアを励起するパルス光を照射し、 前記パルス光の照射に対応して前記発光層内部の特定の
位置から発せられる蛍光を検出し、この蛍光の経時的変
化を観察して蛍光のライフタイムを求め、 予め求めたライフタイム及び発光効率相互の相関関係に
基づいて前記ライフタイムから前記発光層内部の特定の
位置における発光効率を推定する半導体発光素子の評価
方法。
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