JPH0810721B2 - 半導体エネルギーギャップ測定方法及びその装置 - Google Patents
半導体エネルギーギャップ測定方法及びその装置Info
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- JPH0810721B2 JPH0810721B2 JP4331752A JP33175292A JPH0810721B2 JP H0810721 B2 JPH0810721 B2 JP H0810721B2 JP 4331752 A JP4331752 A JP 4331752A JP 33175292 A JP33175292 A JP 33175292A JP H0810721 B2 JPH0810721 B2 JP H0810721B2
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- G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
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- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
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- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体のエネルギーギ
ャップ（ｅｎｅｒｇｙ ｇａｐ：Ｅg）を測定する方法
及びその装置に係り、より具体的には、映像処理システ
ム（ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅ
ｍ）を利用して、半導体材料のエネルギーギャップ（ｅ
ｎｅｒｇｙ ｇａｐ）を測定する方法及びその装置に関
する。
ャップ（ｅｎｅｒｇｙ ｇａｐ：Ｅg）を測定する方法
及びその装置に係り、より具体的には、映像処理システ
ム（ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅ
ｍ）を利用して、半導体材料のエネルギーギャップ（ｅ
ｎｅｒｇｙ ｇａｐ）を測定する方法及びその装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】従来は、主に、次に記述された理論に基
づいて、透過スペクトラムを得るため、光源（ｌｉｇｈ
ｔ ｓｏｕｒｃｅ）の波長を連続的に変化させ、試片に
走査させる分光光度計（ｓｐｅｃｔｒｏ ｐｈｏｔｏｍ
ｅｔｅｒ）を用いて、半導体材料のもっとも重要な電気
的特性常数のエネルギーギャップの大きさを誘導した。
づいて、透過スペクトラムを得るため、光源（ｌｉｇｈ
ｔ ｓｏｕｒｃｅ）の波長を連続的に変化させ、試片に
走査させる分光光度計（ｓｐｅｃｔｒｏ ｐｈｏｔｏｍ
ｅｔｅｒ）を用いて、半導体材料のもっとも重要な電気
的特性常数のエネルギーギャップの大きさを誘導した。
【０００３】このような光学的手段は、半導体のバンド
（ｂａｎｄ）構造を測定するのにおいてもっとも重要な
手段として知られている。
（ｂａｎｄ）構造を測定するのにおいてもっとも重要な
手段として知られている。
【０００４】半導体材料のエネルギーギャップ（Ｅg）
の大きさに近接するエネルギー（ｈν）の光子（ｐｈｏ
ｔｏｎ）を照射され、半導体の伝導帯（ｃｏｎｄｕｃｔ
ｉｏｎ ｂａｎｄ）に価電子帯（ｖａｌｅｎｃｅ ｂａ
ｎｄ）から電子が放出されて、その光子は吸収される。
このような光吸収メカニズム（ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を
基本吸収（ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ａｂｓｏｒｐｔｉ
ｏｎ）と呼ぶ。
の大きさに近接するエネルギー（ｈν）の光子（ｐｈｏ
ｔｏｎ）を照射され、半導体の伝導帯（ｃｏｎｄｕｃｔ
ｉｏｎ ｂａｎｄ）に価電子帯（ｖａｌｅｎｃｅ ｂａ
ｎｄ）から電子が放出されて、その光子は吸収される。
このような光吸収メカニズム（ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を
基本吸収（ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ａｂｓｏｒｐｔｉ
ｏｎ）と呼ぶ。
【０００５】このように、所定帯域のエネルギーを有す
る光子によりバンド等間の光子誘導電子遷移（ｐｈｏｔ
ｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｒａ
ｎｓｉｔｉｏｎ）が発生されると、半導体材料のエネル
ギーギャップ（Ｅg）を測定することができる。
る光子によりバンド等間の光子誘導電子遷移（ｐｈｏｔ
ｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｒａ
ｎｓｉｔｉｏｎ）が発生されると、半導体材料のエネル
ギーギャップ（Ｅg）を測定することができる。
【０００６】半導体における光透過（ｏｐｔｉｃａｌ
ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）のデュブラウスキ（Ｄｕｂ
ｒｏｗｓｋｉｉ）式は次の通りである。
ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）のデュブラウスキ（Ｄｕｂ
ｒｏｗｓｋｉｉ）式は次の通りである。
【０００７】
【数１】
【０００８】ここで、α：吸収係数（ａｂｓｏｒｐｔｉ
ｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ） ｄ：半導体試片の厚さ Ｒ：反射率 Ａ：吸収率 Ｔ：透過率 Ａ＋Ｔ＋Ｒ＝１ 上記の式は、光吸収（ｏｐｔｉｃａｌ ａｂｓｏｒｐ
ｔｉｏｎ）量が比較的大きい場合に、次のようなＭｏｓ
ｓの式で簡単に表現されることができる。
ｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ） ｄ：半導体試片の厚さ Ｒ：反射率 Ａ：吸収率 Ｔ：透過率 Ａ＋Ｔ＋Ｒ＝１ 上記の式は、光吸収（ｏｐｔｉｃａｌ ａｂｓｏｒｐ
ｔｉｏｎ）量が比較的大きい場合に、次のようなＭｏｓ
ｓの式で簡単に表現されることができる。
【０００９】
【数２】
【００１０】そして、基本吸収端（ｆｕｎｄａｍｅｎｔ
ａｌ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｄｇｅ：ｂａｎｄ ｔ
ｏ ｂａｎｄ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）においての吸収
係数αは、直接遷移（ｄｉｒｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｔｉ
ｏｎ）と間接遷移（ｉｎｄｉｒｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｔ
ｉｏｎ）に対して、各々次のような式に表現される。
ａｌ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｄｇｅ：ｂａｎｄ ｔ
ｏ ｂａｎｄ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）においての吸収
係数αは、直接遷移（ｄｉｒｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｔｉ
ｏｎ）と間接遷移（ｉｎｄｉｒｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｔ
ｉｏｎ）に対して、各々次のような式に表現される。
【００１１】※ 直接遷移の場合
【００１２】
【数３】
【００１３】※ 間接遷移の場合
【００１４】
【数４】
【００１５】上記の式，でＥgdは、直接エネルギー
ギャップ、そして、Ｅgiは間接エネルギーギャップ、Ｅ
θは音子エネルギー（ｐｈｏｎｏｎ ｅｎｅｒｇｙ）を
それぞれ示す。式の右側第一項（ｈν＞Ｅgi−Ｅθ）
は音子（ｐｈｏｎｏｎ）が放出されたことを意味し、第
二項（ｈν＜Ｅgi−Ｅθ）は音子が吸収されたことを示
している。
ギャップ、そして、Ｅgiは間接エネルギーギャップ、Ｅ
θは音子エネルギー（ｐｈｏｎｏｎ ｅｎｅｒｇｙ）を
それぞれ示す。式の右側第一項（ｈν＞Ｅgi−Ｅθ）
は音子（ｐｈｏｎｏｎ）が放出されたことを意味し、第
二項（ｈν＜Ｅgi−Ｅθ）は音子が吸収されたことを示
している。
【００１６】従って、ＥgdとＥgiは、上記式，を利
用して、
用して、
【００１７】
【数５】
【００１８】の関係をグラフ上に図示して、図１に示し
たことと同じく誘導する。
たことと同じく誘導する。
【００１９】ここで、αは式或いは式を通して試片
の厚さが分っている時、分光光度計（ｓｐｅｃｔｒｏ
ｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ）の出力から得る。
の厚さが分っている時、分光光度計（ｓｐｅｃｔｒｏ
ｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ）の出力から得る。
【００２０】式において、直接遷移の場合は、エネル
ギーギャップ（Ｅg）以下の光子エネルギーにおいて
は、α＝０であるから、透過スペクトラムは、エネルギ
ーギャップ（Ｅg）を臨界エネルギー（ｔｈｒｅｓｈｏ
ｌｄ ｅｎｅｒｇｙ）にして不純物が内在されない半導
体の場合、図２と同じく示されている。このスペクトラ
ムから直接エネルギーギャップ（Ｅgd）を求めることが
できる。即ち、図２において、透過（ｔｒａｎｓｍｉｓ
ｓｉｏｎ）の始点がエネルギーギャップ（Ｅg）を指し
示すことになる。大部分の化合物、半導体は、直接エネ
ルギーギャップ特性を有するので、この方法を適用する
ことになる。
ギーギャップ（Ｅg）以下の光子エネルギーにおいて
は、α＝０であるから、透過スペクトラムは、エネルギ
ーギャップ（Ｅg）を臨界エネルギー（ｔｈｒｅｓｈｏ
ｌｄ ｅｎｅｒｇｙ）にして不純物が内在されない半導
体の場合、図２と同じく示されている。このスペクトラ
ムから直接エネルギーギャップ（Ｅgd）を求めることが
できる。即ち、図２において、透過（ｔｒａｎｓｍｉｓ
ｓｉｏｎ）の始点がエネルギーギャップ（Ｅg）を指し
示すことになる。大部分の化合物、半導体は、直接エネ
ルギーギャップ特性を有するので、この方法を適用する
ことになる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術は、測
定のために高価な装置が必要であり、測定時間が長くか
かるという問題がある。
定のために高価な装置が必要であり、測定時間が長くか
かるという問題がある。
【００２２】本発明は、従来の方法とはまったく異なる
方法で、エネルギーギャップより便利に測定することが
できる新しい測定方法および装置を提供するものであ
る。すなわち、本発明の目的は、一定帯域の光源を一括
的に試片に透過させて、これに対する応答を映像化した
後、ディジタル映像処理システム（ｄｉｇｉｔａｌ ｉ
ｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）を利用
して、映像からエネルギーギャップ（Ｅg）値を直接読
出すエネルギーギャップ測定システムを提供することに
ある。
方法で、エネルギーギャップより便利に測定することが
できる新しい測定方法および装置を提供するものであ
る。すなわち、本発明の目的は、一定帯域の光源を一括
的に試片に透過させて、これに対する応答を映像化した
後、ディジタル映像処理システム（ｄｉｇｉｔａｌ ｉ
ｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）を利用
して、映像からエネルギーギャップ（Ｅg）値を直接読
出すエネルギーギャップ測定システムを提供することに
ある。
【００２３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の一態様によれば、基準試片を特性分析して、エ
ネルギーギャップに対応する波長のピクセル（ｐｉｘｅ
ｌ）のピクセル値（エネルギーギャップピクセル値）
（Ｘgap）を設定する段階と、基準試片の透過スペクト
ラム映像を構成するそれぞれのピクセル（ｐｉｘｅｌ）
のｘ座標（ｘ）と、当該ピクセル（ｐｉｘｅｌ）の波長
（λ）間との伝達函数λ＝ｆ（ｘ）を求める段階と、測
定対象試片の透過スペクトラム映像を撮影し、得られた
透過スペクトラム映像の生画面を記憶させた後、映像の
ｘ軸に沿ってそれぞれのピクセルのピクセル値（Ｘ）を
走査し、各ピクセル（ｐｉｘｅｌ）ごとに、そのピクセ
ル値（Ｘ）と上記エネルギーギャップピクセル（ｐｉｘ
ｅｌ）値（Ｘgap）とを順次に比較して、一致するピク
セル（ｐｉｘｅｌ）のｘ座標を読み出して、該ピクセル
の波長（λgap）を求めた後、〔ｅＶ〕単位に変換して
エネルギーギャップ（Ｅg）を求める段階とを含むこと
を特徴とする半導体エネルギーギャップ測定方法が提供
される。また、本発明の他の態様によれば、光学的方式
により半導体のエネルギーギャップ（Ｅg）を測定する
装置において、上記エネルギーギャップ（Ｅg）の測定
と関連された諸般演算及び制御機能を遂行するパーソナ
ルコンピューター（９）と、光源（１）から放出された
光を集めるレンズ（２）と、上記レンズ（２）を通して
提供された光のスペクトラムを試料（４）に照射する多
色化手段（３）と、上記試料（４）を通して提供される
透過スペクトラム映像の光を互いに相異なる複数の波長
（λP1〜λPn）別に通過させる複数の光フィルター手段
（５）と、上記複数の光フィルター手段（５）により複
数のピクセル（ｐｉｘｅｌ）に達する映像を所定のアナ
ログ（ａｎａｌｏｇ）電気信号に変換する映像読取手段
（６）と、上記映像読取手段（６）の出力信号をディジ
タル信号に変換して記憶する映像信号処理手段（７）
と、ピクセル（ｐｉｘｅｌ）の座標値と波長間の函数関
係を設定するエネルギーギャップ検索及び表示手段
（８）とを含むことを特徴とする半導体エネルギーギャ
ップ測定装置が提供される。
本発明の一態様によれば、基準試片を特性分析して、エ
ネルギーギャップに対応する波長のピクセル（ｐｉｘｅ
ｌ）のピクセル値（エネルギーギャップピクセル値）
（Ｘgap）を設定する段階と、基準試片の透過スペクト
ラム映像を構成するそれぞれのピクセル（ｐｉｘｅｌ）
のｘ座標（ｘ）と、当該ピクセル（ｐｉｘｅｌ）の波長
（λ）間との伝達函数λ＝ｆ（ｘ）を求める段階と、測
定対象試片の透過スペクトラム映像を撮影し、得られた
透過スペクトラム映像の生画面を記憶させた後、映像の
ｘ軸に沿ってそれぞれのピクセルのピクセル値（Ｘ）を
走査し、各ピクセル（ｐｉｘｅｌ）ごとに、そのピクセ
ル値（Ｘ）と上記エネルギーギャップピクセル（ｐｉｘ
ｅｌ）値（Ｘgap）とを順次に比較して、一致するピク
セル（ｐｉｘｅｌ）のｘ座標を読み出して、該ピクセル
の波長（λgap）を求めた後、〔ｅＶ〕単位に変換して
エネルギーギャップ（Ｅg）を求める段階とを含むこと
を特徴とする半導体エネルギーギャップ測定方法が提供
される。また、本発明の他の態様によれば、光学的方式
により半導体のエネルギーギャップ（Ｅg）を測定する
装置において、上記エネルギーギャップ（Ｅg）の測定
と関連された諸般演算及び制御機能を遂行するパーソナ
ルコンピューター（９）と、光源（１）から放出された
光を集めるレンズ（２）と、上記レンズ（２）を通して
提供された光のスペクトラムを試料（４）に照射する多
色化手段（３）と、上記試料（４）を通して提供される
透過スペクトラム映像の光を互いに相異なる複数の波長
（λP1〜λPn）別に通過させる複数の光フィルター手段
（５）と、上記複数の光フィルター手段（５）により複
数のピクセル（ｐｉｘｅｌ）に達する映像を所定のアナ
ログ（ａｎａｌｏｇ）電気信号に変換する映像読取手段
（６）と、上記映像読取手段（６）の出力信号をディジ
タル信号に変換して記憶する映像信号処理手段（７）
と、ピクセル（ｐｉｘｅｌ）の座標値と波長間の函数関
係を設定するエネルギーギャップ検索及び表示手段
（８）とを含むことを特徴とする半導体エネルギーギャ
ップ測定装置が提供される。
【００２４】
【作用】図３は本発明によりエネルギーギャップ測定方
法の原理を説明するための図面である。同図において、
（ａ）のように、エネルギーギャップ（Ｅg）を中心と
する一定波長（λ）帯域の光源を試片に透過させる。同
図（ｂ）および（ｃ）のように、得られる透過スペクト
ラム特性を映像で示して、映像処理システムによりその
映像からエネルギーギャップ値を読出す。
法の原理を説明するための図面である。同図において、
（ａ）のように、エネルギーギャップ（Ｅg）を中心と
する一定波長（λ）帯域の光源を試片に透過させる。同
図（ｂ）および（ｃ）のように、得られる透過スペクト
ラム特性を映像で示して、映像処理システムによりその
映像からエネルギーギャップ値を読出す。
【００２５】図３（ｃ）において、吸収係数（α）が増
加するほど、即ち、光の吸収が多いほど映像の色が濃厚
だと認識する。再び言うと、λ1側に行くほど、映像は
濃い色で現わされる。
加するほど、即ち、光の吸収が多いほど映像の色が濃厚
だと認識する。再び言うと、λ1側に行くほど、映像は
濃い色で現わされる。
【００２６】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
４は、本発明によりエネルギーギャップ測定装置の実施
例を示す。
４は、本発明によりエネルギーギャップ測定装置の実施
例を示す。
【００２７】参照番号１は、光源で、２は集光のための
レンズ、３は汎用の単色化装置（ｍｏｎｅ ｃｈｎｏｍ
ａｔｏｒ）の出力スリット（ｏｕｔ ｐｕｔ ｓｌｉ
ｔ）を除去して構成される多色化装置、５はそれぞれ相
異なる：波長（λ）の光だけを通過させる複数の光フィ
ルター、６はシリコンビディコン（ｓｉｌｉｃｏｎｖｉ
ｄｉｃｏｎ）或いはＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌ
ｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）カメラ等と同じ映像読取（ｉｍａ
ｇｅ ｒｅａｄｉｎｇ）装置、７はイメージングテクニ
ック（ｉｍａｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）社のＰＣ
ビジョンフレームグレバ（ＰＣｖｉｓｉｏｎ ｆｒａｍ
ｅ ｇｒａｂｂｅｒ）と同じディジタル映像信号処理装
置、８は映像のピクセル（ｐｉｘｅｌ）値と波長（λ）
間の函数関係を設定するエネルギーギャップ検索及び表
示装置、９は測定と関連された映像機能及び制御機能を
遂行するパーソナルコンピューターである。
レンズ、３は汎用の単色化装置（ｍｏｎｅ ｃｈｎｏｍ
ａｔｏｒ）の出力スリット（ｏｕｔ ｐｕｔ ｓｌｉ
ｔ）を除去して構成される多色化装置、５はそれぞれ相
異なる：波長（λ）の光だけを通過させる複数の光フィ
ルター、６はシリコンビディコン（ｓｉｌｉｃｏｎｖｉ
ｄｉｃｏｎ）或いはＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌ
ｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）カメラ等と同じ映像読取（ｉｍａ
ｇｅ ｒｅａｄｉｎｇ）装置、７はイメージングテクニ
ック（ｉｍａｇｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ）社のＰＣ
ビジョンフレームグレバ（ＰＣｖｉｓｉｏｎ ｆｒａｍ
ｅ ｇｒａｂｂｅｒ）と同じディジタル映像信号処理装
置、８は映像のピクセル（ｐｉｘｅｌ）値と波長（λ）
間の函数関係を設定するエネルギーギャップ検索及び表
示装置、９は測定と関連された映像機能及び制御機能を
遂行するパーソナルコンピューターである。
【００２８】上記映像読取装置７は、映像信号を二値化
する二値化部、二値化された映像信号を記憶するフレー
ムメモリと、表示ロジックとを有する。エネルギーギャ
ップ検索及び表示装置８は、後述する図５に示すフロー
チャートで表わされる機能を実現するアルゴリズムを記
憶する記憶手段と、これを実行する制御手段とを備えて
いる。このため、それ自体で、または、パーソナルコン
ピュータの指示によりエネルギーギャップを測定して、
その結果を直接にモニタに表示させることができる。
する二値化部、二値化された映像信号を記憶するフレー
ムメモリと、表示ロジックとを有する。エネルギーギャ
ップ検索及び表示装置８は、後述する図５に示すフロー
チャートで表わされる機能を実現するアルゴリズムを記
憶する記憶手段と、これを実行する制御手段とを備えて
いる。このため、それ自体で、または、パーソナルコン
ピュータの指示によりエネルギーギャップを測定して、
その結果を直接にモニタに表示させることができる。
【００２９】上記映像信号処理装置７及びエネルギーギ
ャップ検索及び表示装置８は、上記マイクロコンピュー
ター９内に装置されることもできる。パーソナルコンピ
ューター９は、モニター（ｍｏｎｉｔｏｒ）を有する。
このモニタは、エネルギーギャップ検索及び表示装置８
に接続することができる。また、映像信号処理装置７に
ついても、ディスプレー（ｄｉｓｐｌａｙ）を連結する
ことができる。
ャップ検索及び表示装置８は、上記マイクロコンピュー
ター９内に装置されることもできる。パーソナルコンピ
ューター９は、モニター（ｍｏｎｉｔｏｒ）を有する。
このモニタは、エネルギーギャップ検索及び表示装置８
に接続することができる。また、映像信号処理装置７に
ついても、ディスプレー（ｄｉｓｐｌａｙ）を連結する
ことができる。
【００３０】次に、ここで映像のｘ座標値（ｘ）を設定
する方法について説明する。先に、エネルギーギャップ
（Ｅg）を中心とする一定波長帯域（λ）の光を試片４
に照射して、放出されたスペクトラムを映像化（ｉｍａ
ｇｉｎｇ）し、この帯域の実際の波長値等を求める。即
ち、パーソナルコンピューター９のモニター（ｍｏｎｉ
ｔｏｒ）又は、映像信号処理装置７と連結されたディス
プレー（ｄｉｓｐｌａｙ）上に示す映像から、波長
（λ）と座標値（ｘ）との関係λ＝ｆ（ｘ）を求める。
する方法について説明する。先に、エネルギーギャップ
（Ｅg）を中心とする一定波長帯域（λ）の光を試片４
に照射して、放出されたスペクトラムを映像化（ｉｍａ
ｇｉｎｇ）し、この帯域の実際の波長値等を求める。即
ち、パーソナルコンピューター９のモニター（ｍｏｎｉ
ｔｏｒ）又は、映像信号処理装置７と連結されたディス
プレー（ｄｉｓｐｌａｙ）上に示す映像から、波長
（λ）と座標値（ｘ）との関係λ＝ｆ（ｘ）を求める。
【００３１】このための方法としては、図４の実施例に
出ている試片４裏に，測定波長がそれぞれλＰ１，λＰ
２，…λＰｎである複数の光フィルター（ｏｐｔｉｃａ
ｌｆｉｌｔｅｒ）６を位置させて、モニターでこの波長
等に対する各ピクセル（ｐｉｘｅｌ）値ｘＰ１，ｘＰ
２，…ｘＰｎの座標を求めればできる。即ち、それぞれ
の光フィルターは該当波長λＰの光だけを通過させて、
それに対するスペクトラム映像だけがモニター上に示さ
れるようになるので、直ぐその映像のｘ座標がλＰを指
し示すようになる。
出ている試片４裏に，測定波長がそれぞれλＰ１，λＰ
２，…λＰｎである複数の光フィルター（ｏｐｔｉｃａ
ｌｆｉｌｔｅｒ）６を位置させて、モニターでこの波長
等に対する各ピクセル（ｐｉｘｅｌ）値ｘＰ１，ｘＰ
２，…ｘＰｎの座標を求めればできる。即ち、それぞれ
の光フィルターは該当波長λＰの光だけを通過させて、
それに対するスペクトラム映像だけがモニター上に示さ
れるようになるので、直ぐその映像のｘ座標がλＰを指
し示すようになる。
【００３２】これに対して、図３を参照して、より具体
的に説明すると、試片には、波長が互いに相異なるスペ
クトラム（虹の各色）が連続された区間（通常０．７〜
１．５μｍ波長）の赤外線が光源で照射されるようにす
る。
的に説明すると、試片には、波長が互いに相異なるスペ
クトラム（虹の各色）が連続された区間（通常０．７〜
１．５μｍ波長）の赤外線が光源で照射されるようにす
る。
【００３３】しかし、この時、各スペトクラムの波長値
を知ることができないので、これを知るために、特定波
長だけを通過させる光フィルターを用いる。従って、試
片を通過する光を映像化する時、試片と映像読取装置間
に複数の光フィルター（例を挙げれば試片の左側から赤
色、橙色、黄色、緑色、青色、藍色、紫色順に）を位置
させると、モニターの最左側には赤色に該当する光の波
長で達する映像が現われるし、最右側では紫色に該当す
る光の映像が現われる。
を知ることができないので、これを知るために、特定波
長だけを通過させる光フィルターを用いる。従って、試
片を通過する光を映像化する時、試片と映像読取装置間
に複数の光フィルター（例を挙げれば試片の左側から赤
色、橙色、黄色、緑色、青色、藍色、紫色順に）を位置
させると、モニターの最左側には赤色に該当する光の波
長で達する映像が現われるし、最右側では紫色に該当す
る光の映像が現われる。
【００３４】このように、例えば、緑色の波長を有する
光フィルターを、試片と映像読取装置間に位置させる
と、緑色だけの光（波長）にされた映像がモニター上に
現われるので、この映像のモニター上のｘ座標値が直ぐ
緑色に該当する波長を意味することになる。
光フィルターを、試片と映像読取装置間に位置させる
と、緑色だけの光（波長）にされた映像がモニター上に
現われるので、この映像のモニター上のｘ座標値が直ぐ
緑色に該当する波長を意味することになる。
【００３５】このように、光フィルターは、λ＝ｆ
（ｘ）の関係を誘導するための手段に用いられる。ここ
で、スペクトラム内の波長変化が線形性を有すると、２
個のフィルターだけあれば、λ＝ｆ（ｘ）の関係を容易
に誘導することができる。
（ｘ）の関係を誘導するための手段に用いられる。ここ
で、スペクトラム内の波長変化が線形性を有すると、２
個のフィルターだけあれば、λ＝ｆ（ｘ）の関係を容易
に誘導することができる。
【００３６】次に、ここで図５を参照してエネルギーギ
ャップ（Ｅg）測定方法に対して説明する。図５は、エ
ネルギーギャップを測定するためのフローチャート（ｆ
ｌｏｗ ｃｈａｒｔ）である。
ャップ（Ｅg）測定方法に対して説明する。図５は、エ
ネルギーギャップを測定するためのフローチャート（ｆ
ｌｏｗ ｃｈａｒｔ）である。
【００３７】先ず、エネルギーギャップ（Ｅg ）測定プ
ログラム上のエネルギーギャップピクセル（ｐｉｘｅ
ｌ）値Ｘgap を事前に設定する（段階１）。即ち、半導
体は、一般的に不純物を含んでいる。これがエネルギー
ギャップ（Ｅg）内に不純物準位（ｉｍｐｕｒｉｔｙ
ｌｅｖｅｌ）を形成することになるので、これにより、
不純物吸収（ｉｍｐｕｒｉｔｙ ａｂｓｏｒｐｔｉｏ
ｎ）は、基本吸収（ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ａｂｓｏ
ｒｐｔｉｏｎ）が起きる前に、実際にエネルギーギャッ
プ（Ｅg）より低い光エネルギー（ｐｈｏｔｏｎ ｅｎ
ｅｒｇｙ）から起きることになる。
ログラム上のエネルギーギャップピクセル（ｐｉｘｅ
ｌ）値Ｘgap を事前に設定する（段階１）。即ち、半導
体は、一般的に不純物を含んでいる。これがエネルギー
ギャップ（Ｅg）内に不純物準位（ｉｍｐｕｒｉｔｙ
ｌｅｖｅｌ）を形成することになるので、これにより、
不純物吸収（ｉｍｐｕｒｉｔｙ ａｂｓｏｒｐｔｉｏ
ｎ）は、基本吸収（ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ａｂｓｏ
ｒｐｔｉｏｎ）が起きる前に、実際にエネルギーギャッ
プ（Ｅg）より低い光エネルギー（ｐｈｏｔｏｎ ｅｎ
ｅｒｇｙ）から起きることになる。
【００３８】従って、この影響と光システムで用いられ
た光源の強さにより、背景映像のグレーレベル（ｇｒａ
ｙ ｌｅｖｅｌ）等を考慮して、エネルギーギャップ
（Ｅg）に該当する適切なピクセル（ｐｉｘｅｌ）値Ｘg
ap を、事前に特性分析された基準試片を通して予め設
定しなければならない（段階１）。
た光源の強さにより、背景映像のグレーレベル（ｇｒａ
ｙ ｌｅｖｅｌ）等を考慮して、エネルギーギャップ
（Ｅg）に該当する適切なピクセル（ｐｉｘｅｌ）値Ｘg
ap を、事前に特性分析された基準試片を通して予め設
定しなければならない（段階１）。
【００３９】続いて、エネルギーギャップ検索及び表示
装置８を通して、上記段階１において、設定する光シス
テムに対するλ＝ｆ（ｘ）の伝達函数を光フィルターを
通して求めた後、試片４を位置させ、映像化（ｉｍａｇ
ｉｎｇ）作業を遂行する（段階２）。映像入力装置６を
通して得られる生画面（ｌｉｖｅ ｉｍａｇｅ）を映像
信号処理装置７のフレームメモリーに記憶させる。続い
て、モニター上の映像において、ｘ側を沿って左から右
に（又は右から左に）ピクセル（ｐｉｘｅｌ）値を走査
（ｓｃａｎｎｉｎｇ）する（段階３）。
装置８を通して、上記段階１において、設定する光シス
テムに対するλ＝ｆ（ｘ）の伝達函数を光フィルターを
通して求めた後、試片４を位置させ、映像化（ｉｍａｇ
ｉｎｇ）作業を遂行する（段階２）。映像入力装置６を
通して得られる生画面（ｌｉｖｅ ｉｍａｇｅ）を映像
信号処理装置７のフレームメモリーに記憶させる。続い
て、モニター上の映像において、ｘ側を沿って左から右
に（又は右から左に）ピクセル（ｐｉｘｅｌ）値を走査
（ｓｃａｎｎｉｎｇ）する（段階３）。
【００４０】このように走査するピクセル（ｐｉｘｅ
ｌ）値（ｘ）とエネルギーギャップピクセル（ｐｉｘｅ
ｌ）値Ｘgapを比較して（段階４）、２個の値が一致す
るようになると、ピクセル（ｐｉｘｅｌ）のｘ座標を読
出して前で求めたλ＝ｆ（ｘ）のアルゴリズム（ａｌｇ
ｏｒｉｔｈｍ）を通してλgap を求めた後、これを、再
びｇａｐ（ｅＶ）＝１．２３９／λgap（μm ）の関係
で、ギャップ（ｇａｐ）を〔ｅＶ〕単位に変化させる
（段階５）。
ｌ）値（ｘ）とエネルギーギャップピクセル（ｐｉｘｅ
ｌ）値Ｘgapを比較して（段階４）、２個の値が一致す
るようになると、ピクセル（ｐｉｘｅｌ）のｘ座標を読
出して前で求めたλ＝ｆ（ｘ）のアルゴリズム（ａｌｇ
ｏｒｉｔｈｍ）を通してλgap を求めた後、これを、再
びｇａｐ（ｅＶ）＝１．２３９／λgap（μm ）の関係
で、ギャップ（ｇａｐ）を〔ｅＶ〕単位に変化させる
（段階５）。
【００４１】〔ｅＶ〕単位に変化されたエネルギーギャ
ップ（Ｅg）の値は、画面に表示され、エネルギーギャ
ップ（Ｅg）測定プログラムは終了する（段階６）。
ップ（Ｅg）の値は、画面に表示され、エネルギーギャ
ップ（Ｅg）測定プログラムは終了する（段階６）。
【００４２】
【発明の効果】このように本発明は、透過スペクトラム
を得るために光源の波長を連続的に変化させ、試片に走
査させる既存の分光光度計を用いる代わりに、一定帯域
の光源を一括的に試片に透過させ、この応答を映像化す
る後、この映像上に、相対的に簡単な構成を有するディ
ジタル映像処理システムを利用して、エネルギーギャッ
プ値を直接読出すので、より正確に、より早くエネルギ
ーギャップを測定することができる効果がある。
を得るために光源の波長を連続的に変化させ、試片に走
査させる既存の分光光度計を用いる代わりに、一定帯域
の光源を一括的に試片に透過させ、この応答を映像化す
る後、この映像上に、相対的に簡単な構成を有するディ
ジタル映像処理システムを利用して、エネルギーギャッ
プ値を直接読出すので、より正確に、より早くエネルギ
ーギャップを測定することができる効果がある。
【図１】アルファ（α）グラフ上でのエネルギーギャッ
プ誘導を示した図で、（ａ）は直接遷移（ｄｉｒｅｃｔ
ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）の場合を示したグラフ、
（ｂ）は間接遷移（ｉｎｄｉｒｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｔ
ｉｏｎ）の場合を示したグラフ。
プ誘導を示した図で、（ａ）は直接遷移（ｄｉｒｅｃｔ
ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）の場合を示したグラフ、
（ｂ）は間接遷移（ｉｎｄｉｒｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｔ
ｉｏｎ）の場合を示したグラフ。
【図２】間接ギャップ（ｄｉｒｉｃｔ ｇａｐ）を有す
る半導体の透過スペクトラム（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏ
ｎ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）の特性図。
る半導体の透過スペクトラム（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏ
ｎ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）の特性図。
【図３】本発明に適用された原理の図示的な解釈を示し
た図面。
た図面。
【図４】本発明の一実施例の構成を示すブロック図。
【図５】エネルギーギャップ測定方法のための本発明の
フローチャート。
フローチャート。
１ 光源 ２ レンズ ３ 多色化装置（ｐｏｌｙ ｃｈｒｏｍａｔｏｒ） ４ 試片（ｓａｍｐｌｅ） ５ 光フィルター ６ 映像読取装置 ７ 映像信号処理装置 ８ エネルギーギャップ検索及び表示（Ｅｎｅｒｇｙ
Ｇａｐ Ａｃｃｅｓｓ ＆ Ｄｉｓｐｌａｙ）装置 ９ パーソナルコンピューター
Ｇａｐ Ａｃｃｅｓｓ ＆ Ｄｉｓｐｌａｙ）装置 ９ パーソナルコンピューター
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−38850（ＪＰ，Ａ)
Claims (5)
- 【請求項１】あらかじめエネルギーギャップの測定され
た基準試片を、スペクトラム光源の光のもとで撮影し、
得られた透過スペクトラム映像から、上記エネルギーギ
ャップに対応するピクセルのピクセル値（Ｘgap）を求
める段階と、 上記基準試片の透過スペクトラム映像におけるｘ座標と
波長との対応関係を表す関数を求める段階と 、測定対象の試片をスペクトラム光源の光のもとで撮影
し、透過スペクトラム映像を得る段階と 、上記測定対象試片の上記映像から、上記Ｘgapと一致す
るピクセル値を有するピクセルを検出し、該ピクセルの
ｘ座標から該ピクセルの波長を上記関数を用いて求め、
該波長から、上記測定対象の試片の エネルギーギャップ
を求める段階とを含むことを特徴とする半導体のエネル
ギーギャップ測定方法。 - 【請求項２】請求項１において、 一定波長帯域の光を上記試片に投射させるようにするこ
とを特徴とする半導体エネルギーギャップ測定方法。 - 【請求項３】請求項１において、上記関数は、 予め定められた波長の光のみを通す光フィルターを介し
て得られるピクセルのｘ座標と、該光フィルターの通す
光の波長との関係から求められる ことを特徴とする半導
体エネルギーギャップ測定方法。 - 【請求項４】請求項１において、エネルギーギャップを求める段階は 、上記測定対象試片の上記映像の各ピクセルを、ｘ軸に沿
って左端から右方向に、または、右端から左方向に走査
して各ピクセルのピクセル値を測定した後、各ピクセル
のピクセル値と上記Ｘgapとを比較してそれらが一致す
れば、該ピクセ ルのｘ座標をもとに、上記関数を用いて
該ピクセルの波長を求め、該波長から、上記測定対象の
試片の エネルギーギャップを求める段階であることを特
徴とする半導体のエネルギーギャップ測定方法。 - 【請求項５】光学的方式により半導体のエネルギーギャ
ップ（Ｅg）を測定する装置において、 上記エネルギーギャップ（Ｅg）の測定と関連された諸
般演算及び制御機能を遂行するパーソナルコンピュータ
ー（９）と、 光源（１）から放出された光を集めるレンズ（２）と、 上記レンズ（２）を通して提供された光のスペクトラム
を試料（４）に照射する多色化手段（３）と、 上記試料（４）を通して提供される透過スペクトラム映
像の光を互いに相異なる複数の特定波長（λP1〜λPn）
別に通過させる複数の光フィルター手段（５）と、 上記複数の光フィルター手段（５）により得られた複数
の特定波長の光のもとで撮影された映像を、所定のアナ
ログ電気信号に変換する映像読取手段（６）と、 上記映像読取手段（６）の出力信号をディジタル信号に
変換して記憶する映像信号処理手段（７）と、 ピクセルの座標値と波長間の函数関係を設定するエネル
ギーギャップ検索及び表示手段（８）とを含むことを特
徴とする半導体エネルギーギャップ測定装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR91-22922 | 1991-12-13 | ||
| KR1019910022922A KR940010644B1 (ko) | 1991-12-13 | 1991-12-13 | 반도체 에너지 갭 측정방법 및 그 장치 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07115114A JPH07115114A (ja) | 1995-05-02 |
| JPH0810721B2 true JPH0810721B2 (ja) | 1996-01-31 |
Family
ID=19324757
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4331752A Expired - Fee Related JPH0810721B2 (ja) | 1991-12-13 | 1992-12-11 | 半導体エネルギーギャップ測定方法及びその装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0810721B2 (ja) |
| KR (1) | KR940010644B1 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6438542B1 (ja) | 2017-07-27 | 2018-12-12 | 日機装株式会社 | 半導体発光素子 |
| CN107843567A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-03-27 | 华中科技大学鄂州工业技术研究院 | 一种测半导体禁带宽度面内各向异性的方法、系统及装置 |
-
1991
- 1991-12-13 KR KR1019910022922A patent/KR940010644B1/ko not_active IP Right Cessation
-
1992
- 1992-12-11 JP JP4331752A patent/JPH0810721B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR930014863A (ko) | 1993-07-23 |
| KR940010644B1 (ko) | 1994-10-24 |
| JPH07115114A (ja) | 1995-05-02 |
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