JPS6318250A - Method and apparatus for evaluating impurities in semiconductor crystal - Google Patents

Method and apparatus for evaluating impurities in semiconductor crystal

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JPS6318250A
JPS6318250A JP16084186A JP16084186A JPS6318250A JP S6318250 A JPS6318250 A JP S6318250A JP 16084186 A JP16084186 A JP 16084186A JP 16084186 A JP16084186 A JP 16084186A JP S6318250 A JPS6318250 A JP S6318250A
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JP
Japan
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sample
crystal
light source
impurities
light
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Application number
JP16084186A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshihiro Irie
入江 捷廣
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KISO KAISEKI KENKYUSHO KK
Original Assignee
KISO KAISEKI KENKYUSHO KK
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Publication date
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  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable accurate observation and evaluation of the type or the like on impurities, by observing a photoluminescence light and Raman scattered light simultaneously. CONSTITUTION:After the position and intensity thereof is corrected, Raman scattered light and photoluminescence light as signal light released from a sample 1 enters a spectroscope 8. A computer 9 is connected to a cooler 2 to control the temperature of a sample 1 inside while being connected to an exciting light source control system 4 to control the length of a laser light source 5. It is also connected to a spectroscope 8 through a wavelength driving system 11 to control wavelength data on the Raman scattered light and the photoluminescence light and further, connected direct to the spectroscope 8 to control a intensity signal of signal light. Moreover, the computer is connected to a Y-Z driving system 3 to control the position of spot irradiation with the light source 5 for a sample 1 in a device 2 while being connected to a display 10, an analysis software 12, a data bank 13, a printer 14 and the like. Thus, the results of the observation and evaluation can be made clear immediately.

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、半導体結晶中の不純物を評価する方法とその
装置に関するものであって、更に詳言すれば、半導体結
晶中の深い不純物準位から浅い不純物準位までの広範な
種類の不純物について、その種類、量、分布状態、バン
ド構造に於けるエネルギー位置、結晶格子内での配置等
を評価することのできる発明である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION "Field of Industrial Application" The present invention relates to a method and apparatus for evaluating impurities in a semiconductor crystal, and more specifically, to a method for evaluating impurities in a semiconductor crystal. This invention makes it possible to evaluate the type, amount, distribution state, energy position in the band structure, arrangement within the crystal lattice, etc. of a wide range of impurities, ranging from small to shallow impurity levels.

「従来の技術」 周知のように、高性能な集積回路を得るための半導体結
晶には高い純度が要求され、それに伴って半導体結晶中
の不純物を評価する手段が多く開発されている。
"Prior Art" As is well known, high purity is required of semiconductor crystals to obtain high-performance integrated circuits, and many means for evaluating impurities in semiconductor crystals have been developed accordingly.

この手段として従来広く行われているのは1例えば、 a、光電導度法、特開昭59−96743号、b、熱刺
激容量法。
Examples of conventionally widely used methods for this purpose include: (a) photoconductivity method, Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-96743, and (b) thermal stimulation capacitance method.

C1光容量法、特開昭59−143339号、d、熱刺
激電流法、 e、ディープレベル トランジェント スペクトロスコ
ピイ法(DLTS法)、 f、放射化分析法(\AA法)、 g、フレームレス原子吸光分析法(FAAS法)。
C1 photocapacitance method, JP-A No. 59-143339, d, thermally stimulated current method, e, deep level transient spectroscopy (DLTS method), f, activation analysis method (\AA method), g, frameless Atomic absorption spectrometry (FAAS method).

特開昭60−230041号、 h1局在格子振動モードによる赤外吸収法(LVh法)
、特開昭60−25444号、 i、スパークイオン質量分析法(SSMS法)。
JP-A No. 60-230041, Infrared absorption method using h1 localized lattice vibration mode (LVh method)
, JP-A No. 60-25444, i. Spark ion mass spectrometry (SSMS method).

、j、二次イオン質量分析法(SIMS法)、k、イオ
ンマイクロアナライザー法(IMA法)、1、X線マイ
クロアナライザー法(XMA法)、m、ラザフォード後
方散乱法(RBS法)、n1粒子線励起X線検出法(P
IXE法)、0、フォトルミネッセンス法(PL法)、
等である。
, j, secondary ion mass spectrometry (SIMS method), k, ion microanalyzer method (IMA method), 1, X-ray microanalyzer method (XMA method), m, Rutherford backscattering method (RBS method), n1 particle Line-excited X-ray detection method (P
IXE method), 0, photoluminescence method (PL method),
etc.

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、これ等の各手段には一長一短が有り、全
般にわたって優れた方法と云うのは存在せず、以下の如
き問題点があった。
"Problems to be Solved by the Invention" However, each of these means has its advantages and disadvantages, and there is no method that is superior overall, and there are problems as described below.

例えば、上記したa、b、c、d、eの各手段は、電極
、プローブ等を介して試料に接触させなければならない
ので、試料の状態を変えてしまう虞れがある。
For example, each of the means a, b, c, d, and e described above requires contact with the sample via an electrode, a probe, etc., and therefore there is a risk that the state of the sample may be changed.

上記したf、g、i、j、に、m、nの各手段は、削切
、エツチング等を行う破壊性のものであって、試料をそ
のままの状態で維持することができない。
The means f, g, i, j, m, and n described above are destructive methods that perform cutting, etching, etc., and cannot maintain the sample as it is.

上記したa、b、c、d、e、g、h、i、j、k、1
、m、nの各手段は、不純物が単位体積中に約101s
(!l−”以上台まれていなければ分析できない点で分
析感度が低く、全ての試料に対して対応することができ
ない。
Above a, b, c, d, e, g, h, i, j, k, 1
, m, and n each means that the impurity is approximately 101s in a unit volume.
The sensitivity of the analysis is low in that it cannot be analyzed unless it is loaded more than !l-'', and it cannot be applied to all samples.

上記したa、b、c、d、e、f、g、h、i、j、に
、lの各手段では、例えば電極を装着する場合に成る程
度の大きさを必要とする点で、この操作が不可能となる
ような大きさの試料に対しては有効に目的を達成し得な
い。
Each of the above-mentioned means a, b, c, d, e, f, g, h, i, j, and l requires the same size as when attaching an electrode, for example. The purpose cannot be effectively achieved for samples whose size makes manipulation impossible.

上記したe、f、g、m、o、の各手段では、分析対象
となる不純物が限定され、全ての試料に対して対応する
ことができない。
Each of the above-mentioned means e, f, g, m, and o has a limited number of impurities to be analyzed, and cannot be applied to all samples.

上記したa、b、c、d、e、f、g、h、n、0、の
各手段では、含有する不純物の総量は判明するものの空
間分解能の低い点で問題が残っている。
Although each of the methods a, b, c, d, e, f, g, h, n, and 0 described above can determine the total amount of impurities contained, there remains a problem in that the spatial resolution is low.

上記したi、j、k、の各手段では、含有する不純物の
相対量を判定することはできても、絶対量が不明であっ
て、定量分析が確立していない。
Although it is possible to determine the relative amount of impurities contained in each of the above-mentioned means i, j, and k, the absolute amount is unknown and quantitative analysis has not been established.

そして、上記したす、d、f、g、h、i、j、k、■
、m、nの各手段では、含有する不純物の種類、量等は
判明するものの、現実に結晶内での分布状態やバンド構
造に於けるエネルギー位置が明らかにされない。
And the above, d, f, g, h, i, j, k, ■
, m, and n reveal the type, amount, etc. of impurities contained, but do not actually reveal the distribution state within the crystal or the energy position in the band structure.

結晶中の不純物を、外部的な加工をすることなく感度良
く、より廉価に検出することが、光・電子集積回路、超
々大規模集積回路等の高機能素子の開発及び生産に不可
欠なものとなっているのであるが、上記した従来の半導
体結晶中の不純物を評価する手段では、上記要請に充分
対応できるものがなかったのである。
Detecting impurities in crystals with high sensitivity and at a lower cost without external processing is essential for the development and production of high-performance devices such as opto-electronic integrated circuits and ultra-ultra large-scale integrated circuits. However, none of the conventional means for evaluating impurities in semiconductor crystals described above can sufficiently meet the above requirements.

本発明は、上述した従来の問題点、欠点、不都合を解消
するべく開発された半導体結晶中の不純物を評価する方
法とその装置であって、半導体結晶中の深゛い不純物準
位から浅い不純物準位までの広範な種類の不純物につい
て、その種類、量、分布状態、バンド構造に於けるエネ
ルギー位置、結晶格子内での配置等を総合的に評価する
ことのできるようにすることを目的とする。
The present invention is a method and apparatus for evaluating impurities in a semiconductor crystal developed to solve the above-mentioned conventional problems, drawbacks, and inconveniences. The purpose is to comprehensively evaluate the type, amount, distribution state, energy position in the band structure, arrangement within the crystal lattice, etc. of a wide range of impurities up to the level. do.

r問題を解決するための手段及び作用」以下、本発明の
構成を、本発明の実施例を示す図面に基づいて説明する
Means and Effects for Solving the r Problem" Hereinafter, the structure of the present invention will be explained based on drawings showing embodiments of the present invention.

本発明の半導体結晶中の不純物を評価する方法では、先
ず、液体ヘリウム温度から室温までの温度範囲で、半導
体結晶である試料1に対して、この結晶である試料1の
バンド・ギャップ・エネルギーよりも充分高いエネルギ
ーのレーザーを照射する。
In the method of evaluating impurities in a semiconductor crystal according to the present invention, first, the band gap energy of sample 1, which is a semiconductor crystal, is measured in a temperature range from liquid helium temperature to room temperature. It also irradiates a laser with sufficiently high energy.

エネルギーを吸収した電子系は、しばしば中間段階を経
て励起状態からエネルギーの低い状態へ遷移することに
よって光を放出することは知られており(ストークスの
法則)、上記の場合、レイリー光よりも約20 meV
低エネルギー側に局所振動モードによる不純物固有のラ
マン散乱光が放出され、またバンド・ギャップ・エネル
ギーよりも約20〜40 meV低エネルギー側にフォ
トルミネッセンス光が放出されることになる。
It is known that an electronic system that has absorbed energy often passes through an intermediate step and emits light by transitioning from an excited state to a state with lower energy (Stokes' law). 20 meV
Raman scattered light unique to impurities due to local vibration modes is emitted on the low energy side, and photoluminescence light is emitted on the energy side about 20 to 40 meV lower than the band gap energy.

そして、この放出されたラマン散乱光とフォトルミネッ
センス光とを、同時に測定することにより、試料1結晶
中の不純物の種類、量、分布状態、バンド構造に於ける
エネルギー位置、結晶格子内での配置等を評価するので
ある。
By simultaneously measuring the emitted Raman scattered light and photoluminescence light, we can determine the type, amount, distribution state, energy position of the band structure, and arrangement of impurities in the crystal lattice of sample 1. etc. are evaluated.

即ち、放出されたこれ等ラマン散乱光とフォトルミネッ
センス光とは、試料1結晶中の不純物の電子状態を反映
するものであって、その不純物固有の性質であるから、
上記したラマン散乱光とフォトルミネッセンス光の波形
を解析することにより不純物の種類等を分析することが
できる。
That is, the emitted Raman scattered light and photoluminescence light reflect the electronic state of the impurity in the sample 1 crystal, and are unique to the impurity.
By analyzing the waveforms of the Raman scattered light and photoluminescence light described above, the type of impurity, etc. can be analyzed.

即ち、不純物から放出されるラマン散乱光とフォトルミ
ネッセンス光は、この不純物特有の波形として解析する
ことができるので、この不純物の種類、量、バンド構造
に於けるエネルギー位置、結晶格子内での配置が、深い
不純物準位から浅い不純物準位まで広範に分析でき、更
には、試料1全体を後述する如<wt察することによっ
て、不純物の分布状態を解析できることになる。
In other words, the Raman scattered light and photoluminescence light emitted from an impurity can be analyzed as waveforms unique to this impurity, so the type, amount, energy position in the band structure, and arrangement within the crystal lattice of this impurity can be analyzed. However, it is possible to analyze a wide range from deep impurity levels to shallow impurity levels, and furthermore, by observing the entire sample 1 as described below, it is possible to analyze the distribution state of impurities.

フォトルミネッセンス光では、アクセプター不純物中心
の解析になるが、アクセプターのイオン化エネルギーを
E^とすると、 E=EGr−E^ +1/24aT 逼a;ボルツマン定数 T;絶対温度 で表されるエネルギーに対応する光が観測できる。
In photoluminescence light, the analysis focuses on the acceptor impurity, but if the ionization energy of the acceptor is E^, then E = EGr - E^ + 1/24aT 〼a; Boltzmann's constant T; corresponds to the energy expressed in absolute temperature Light can be observed.

但し、一つの不純物に対し、複数の光が放出されるので
、複数のスペクトルの温度依存性を観測し、且つそれ等
を系統的に評価する必要がある。
However, since multiple lights are emitted for one impurity, it is necessary to observe the temperature dependence of multiple spectra and systematically evaluate them.

一方1局所振動モードに伴って観測されるラマン散乱光
に於いては、不純物によるエネルギー差を利用して微細
構造を評価するためには、低温での観測が有利であり、
従って、液体ヘリウム温度から室温までの温度範囲が必
要となる。
On the other hand, for Raman scattered light observed with one local vibration mode, observation at low temperatures is advantageous in order to evaluate the fine structure using the energy difference due to impurities.
Therefore, a temperature range from liquid helium temperature to room temperature is required.

このようにして達成する観測は、試料1のごく一部に於
けるスポット的なものであるから、試料1全体の観測の
ためには、波長による試料1の吸収係数の違いを利用し
てレーザー光の波長を変えて、試料1内部に対するレー
ザー光の到達距離である深さ方向(X方向)を制御し、
また、Y方向、Z方向については、レーザー光をスポッ
ト移動させることにより、これ等の制御移動によって得
られた観測データを総合して、不純物の空間分布につい
ての総合的な評価を行うことになる。
The observation achieved in this way is spot-like in a small part of the sample 1, so in order to observe the entire sample 1, a laser By changing the wavelength of the light, the depth direction (X direction), which is the reach distance of the laser light into the inside of the sample 1, is controlled,
In addition, by moving the laser beam spot in the Y and Z directions, observation data obtained through these controlled movements will be integrated to perform a comprehensive evaluation of the spatial distribution of impurities. .

また、上記した方法を実現するための装置は。Also, an apparatus for realizing the above method.

試料1となる半導体結晶が収納され、液体ヘリウム温度
から室温までの温度制御が可能な冷却装置2と、励起光
源制御系4に接続され、冷却装置2内の試料1結晶に照
射されるレーザー光g5と、結晶1から放出されるフォ
トルミネッセンス光とラマン散乱光とを受光する分光器
8と、前記したレーザー光源5からの試料1に対する入
射スポットを二次元的に移動させるべく、前記した冷却
装置2を移動制御するY−Z駆動系3と、冷却装置2と
温度情報を交換し、前記した励起光源制御系4と励起光
源情報を交換し、前記した分光器8と波長駆動系11を
介して波長情報を交換し、更にY−2駆動系と位置情報
を交換する計算機9とから構成されている。
A cooling device 2 that houses the semiconductor crystal that will become the sample 1 and is capable of controlling the temperature from liquid helium temperature to room temperature, and a laser beam that is connected to the excitation light source control system 4 and irradiates the sample 1 crystal in the cooling device 2. g5, a spectroscope 8 that receives the photoluminescence light and Raman scattered light emitted from the crystal 1, and the cooling device described above to two-dimensionally move the incident spot on the sample 1 from the laser light source 5. 2, exchanges temperature information with the cooling device 2, exchanges excitation light source information with the above-described excitation light source control system 4, and exchanges excitation light source information with the above-mentioned excitation light source control system 4, and via the above-mentioned spectrometer 8 and wavelength drive system 11. The computer 9 exchanges wavelength information with the Y-2 drive system and also exchanges position information with the Y-2 drive system.

励起光源制御系4は、レーザー光源5の強度及び波長を
制御するものであって、その波長の違いに伴う試料1の
吸収係数の差を利用して試料1の不純物の深さ方向のプ
ロファイルを得ることになる。
The excitation light source control system 4 controls the intensity and wavelength of the laser light source 5, and uses the difference in the absorption coefficient of the sample 1 due to the difference in wavelength to determine the depth profile of impurities in the sample 1. You will get it.

また、同様に、y−z駆動系3を介して冷却装置2を移
動させることにより、試料1に対するレーザー光の入射
スポット位置を二次元的に移動させ、試料1全域の情報
を得ることになる。レーザー光源5と試料1との間、及
び試料1と分光器8との間には所定の光学系6.7が配
置されていて。
Similarly, by moving the cooling device 2 via the y-z drive system 3, the incident spot position of the laser beam on the sample 1 is moved two-dimensionally, and information on the entire area of the sample 1 can be obtained. . A predetermined optical system 6.7 is arranged between the laser light source 5 and the sample 1 and between the sample 1 and the spectrometer 8.

これ等のrm rをずらすことは光学的に困雅であって
手間のかかるものになるので、試料1自体を二次元移動
させなければならない。
Since shifting these rm r is optically complicated and time-consuming, the sample 1 itself must be moved two-dimensionally.

更には、前述したように、冷却装置2内の温度を前記温
度範囲で制御することにより、広範囲にわたるデーター
を、放出されるラマン散乱光或いはフォトルミネッセン
ス光から得ることができよう。
Furthermore, as described above, by controlling the temperature within the cooling device 2 within the above temperature range, a wide range of data may be obtained from the emitted Raman scattered light or photoluminescence light.

このような本発明の手段、構成によって、半導体結晶で
ある試料1中の不純物を非破壊的に、高感度(1014
an−’)、高空間分解能(1−3μm)の高さを利用
した三次元プロファイルを不純物別に得ることが可能と
なる。
By means and configuration of the present invention, impurities in sample 1, which is a semiconductor crystal, can be removed non-destructively and with high sensitivity (1014
an-'), it becomes possible to obtain three-dimensional profiles for each impurity using the height with high spatial resolution (1-3 μm).

「実施例」 以下に、本発明の一実施例を+ GaAs半4体に関し
て説明する。
``Example'' An example of the present invention will be described below with respect to a + GaAs half body.

GaAsのバンド・ギャップ・エネルギーは、1.51
89eVであるから、これよりも充分高いエネルギーの
レーザー光源5、例えば、2.410 eVであるアル
ゴンイオンレーザ−、1,960eVであるヘリラムネ
汁ンレーザーを照射することにより、前述したようなラ
マン散乱光、フォトルミネッセンス光が放出されること
になる。
The band gap energy of GaAs is 1.51
Since the energy is 89 eV, by irradiating the laser light source 5 with a sufficiently higher energy than this, for example, an argon ion laser with an energy of 2.410 eV or a heliamne laser with an energy of 1,960 eV, the Raman scattering as described above can be achieved. Light, photoluminescent light, will be emitted.

前記温度範囲で任意に制御さ九る冷却装置2内で、試料
1は、±0.05°にの精度で充分に温度制御される。
In the cooling device 2, which is arbitrarily controlled in the temperature range mentioned above, the sample 1 is fully temperature controlled with an accuracy of ±0.05°.

この際、冷却装置2全体は、前述したように、計算機9
と位置情報を交換して作動するY−Z駆動系3を介して
二次元的に移動制御される。
At this time, the entire cooling device 2 is operated by the computer 9 as described above.
The movement is controlled two-dimensionally via a Y-Z drive system 3 that operates by exchanging position information with the robot.

試料1から放出される信号光であるラマン散乱光とフォ
トルミネッセンス光とは、光学系6によって位置補正さ
れ強度補正された後、分光器8しこ入る。
The Raman scattered light and the photoluminescence light, which are signal lights emitted from the sample 1, are subjected to positional correction and intensity correction by the optical system 6, and then enter the spectroscope 8.

ここでの信号光は、ラマン波長ブロックとフォトルミネ
ッセンス波長ブロックとに分かれるため、その両者の間
に無信号領域 EL−0,1eV−EleV (EL;  励起光源用レーザーのエネルギー)が存す
る。
Since the signal light here is divided into a Raman wavelength block and a photoluminescence wavelength block, a no-signal region EL-0, 1 eV-EleV (EL; energy of the excitation light source laser) exists between the two.

ラマン散乱光の信号領域は、約 EL −EL −0,1eV  及び EL −EL + 0.1eV 程度であり、フォトルミネッセンス光の信号領域は、約 El  〜E!   1.OeV 程度である。The signal region of Raman scattered light is approximately EL-EL-0,1eV and EL - EL + 0.1eV The signal area of photoluminescence light is approximately El ~E!   1. OeV That's about it.

そして、ラマン散乱光の波長駆動は、フォトルミネッセ
ンス光の波長駆動に比して1710程度の速度であるこ
とが望ましく、従って、上記した無信号領域に於いては
、この間の速度を極力速くした方が測定時間の短縮を図
れることになり、この無信号領域を除いてスキャンする
べく、分光器8と計算機9との間に位置する波長駆動系
11が機能するものである。
It is preferable that the wavelength driving of Raman scattered light is about 1710 times faster than the wavelength driving of photoluminescence light. Therefore, in the above-mentioned no-signal region, it is better to make this speed as fast as possible. Therefore, the wavelength drive system 11 located between the spectrometer 8 and the computer 9 functions in order to scan excluding this no-signal area.

さて、本発明を実施して具体的な不純物のデーターを観
察してみると、例えば、 Zn不純物、C不純物に対し
て、基本的な(e、A’)発光により、E (Zn) 
= 1.4888eV E (C)=1.4935eV のフォトルミネッセンス光が対応する。この場合の波長
精度は、0.1 A’程度あれば充分である。
Now, when implementing the present invention and observing data on specific impurities, for example, for Zn impurities and C impurities, due to basic (e, A') emission, E (Zn)
= 1.4888eV E (C) = 1.4935eV corresponds to the photoluminescence light. In this case, wavelength accuracy of about 0.1 A' is sufficient.

また、局所振動モードに伴うラマン散乱光は、レイリー
光から 八E (Zn) = 21 、7mgVΔE (C) 
= 18.4meV のシフトとして観測される。
In addition, the Raman scattered light accompanying the local vibration mode is 8E (Zn) = 21, 7 mgVΔE (C) from Rayleigh light.
observed as a shift of = 18.4 meV.

尚、計算機9は、冷却装置2と接続されて内部の試料1
の温度を制御し、励起光源制御系4と接続されてレーザ
ー光@5の波長を制御し、分光器8と波長駆動系11を
介して接続されてラマン散乱光とフォトルミネッセンス
光の波長情報を制御し、この分光器8と直接接続されて
信号光の強度信号を制御し、y−z駆動系と接続されて
冷却装置2内の試料1に対するレーザー光g5のスポッ
ト照射位置を制御するが、更には、ディスプレイ1o、
解析ソフト12、データーバンク13、プリンター14
等に接続されて、観測評価を直ちに判明し得るようにし
ている。
Note that the computer 9 is connected to the cooling device 2 and the sample 1 inside is connected to the cooling device 2.
It is connected to the excitation light source control system 4 to control the wavelength of the laser beam @ 5, and is connected via the spectrometer 8 and the wavelength drive system 11 to transmit wavelength information of Raman scattered light and photoluminescence light. It is directly connected to the spectrometer 8 to control the intensity signal of the signal light, and is connected to the yz drive system to control the spot irradiation position of the laser beam g5 on the sample 1 in the cooling device 2. Furthermore, display 1o,
Analysis software 12, data bank 13, printer 14
etc., so that observation and evaluation can be immediately determined.

「効果」 本発明は1以上説明したような構成となっており、作用
する。
"Effects" The present invention is constructed and operates as described above.

従って、半導体結晶である試料内の不純物から放出され
るフォトルミネッセンス光とラマン散乱光とを同時に観
測することによって、半導体結晶中の深い不純物準位か
ら浅い不純物準位までの広範な種類の不純物について、
その種類、量、分布状態、バンド構造に於けるエネルギ
ー位置、結晶格子内での配置等を正確、旦つ確実に、し
かも迅速に観察評価することができる。
Therefore, by simultaneously observing photoluminescence light and Raman scattered light emitted from impurities in semiconductor crystal samples, we can detect a wide range of impurity levels from deep to shallow impurity levels in semiconductor crystals. ,
The type, amount, distribution state, energy position in the band structure, arrangement within the crystal lattice, etc. can be observed and evaluated accurately, reliably, and quickly.

即ち電極、プローブ等を介して試料に接触させる必要が
ないので、試料の状態を変えてしまう虞れがなく、削切
、エツチング等を行う破壊性のものではないために、試
料をそのままの状態で維持することが可能であり、不純
物が単位体積中に約10”(!11−’程度含まれてい
るだけで分析できる点で分析感度が高く、全ての試料に
対して対応することができ、試料の大きさは光学系で絞
り込んだレーザー光のスポットサイズで足り、あらゆる
種類の不純物を分析対象にし、含有する不純物の総量を
明らかにすると共に空間分解能にも優れ、含有する不純
物の相対量と絶対量を判定することができ、更には含有
する不純物の現実に結晶内での分布状態やバンド構造に
於けるエネルギー位置を明らかにすることができる。
In other words, there is no need to contact the sample through electrodes, probes, etc., so there is no risk of changing the state of the sample, and since there is no destructive process such as cutting or etching, the sample can be left in its original state. It has high analytical sensitivity in that it can be analyzed even if only about 10"(!11-') of impurities are contained in the unit volume, and can be used for all samples. , the sample size is just the spot size of the laser beam narrowed down by an optical system, and all kinds of impurities can be analyzed, and the total amount of impurities contained can be clarified, and the spatial resolution is excellent, and the relative amount of contained impurities can be analyzed. It is possible to determine the absolute amount of the impurities contained therein, and furthermore, it is possible to clarify the actual distribution state of the contained impurities within the crystal and the energy position in the band structure.

また上記した手段を実現するための本発明の装置は、極
めて簡単な構成であり、従って結晶中の不純物を、結晶
に対して外部的な加工をすることなく、感度良く、より
廉価に検出することができるので、光電子集積回路、超
々大規模集積回路等の高機能素子の開発及び生産に多大
の貢献をすることことが期待できる等、多くの優れた作
用効果を奏する画期的な発明である。
Furthermore, the device of the present invention for realizing the above-mentioned means has an extremely simple configuration, and therefore can detect impurities in a crystal with high sensitivity and at a lower cost without external processing of the crystal. This is an epoch-making invention that has many excellent functions and effects, and is expected to make a significant contribution to the development and production of high-performance devices such as optoelectronic integrated circuits and ultra-large scale integrated circuits. be.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面は1本発明の構成を示す説明図である。 符号の説明 1:試料、2;冷却装置、3;Y−Z駆動系、4;励起
光源制御系、5;レーザー光源、6.7;光学系、8;
分光器、9;計算機。
The drawings are explanatory diagrams showing the configuration of the present invention. Explanation of symbols 1: sample, 2; cooling device, 3; Y-Z drive system, 4; excitation light source control system, 5; laser light source, 6.7; optical system, 8;
Spectrometer, 9; calculator.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)、液体ヘリウム温度から室温までの温度範囲で、
半導体結晶に対して、該結晶のバンド・ギャップ・エネ
ルギーよりも充分高いエネルギーのレーザーを照射して
、前記結晶から放出されるフォトルミネッセンス光とラ
マン散乱光とを、同時測定することにより、前記結晶中
の不純物の種類、量、分布状態、バンド構造に於けるエ
ネルギー位置、結晶格子内での配置等を評価することを
特徴とする半導体結晶中の不純物評価方法。
(1), in the temperature range from liquid helium temperature to room temperature,
By irradiating a semiconductor crystal with a laser whose energy is sufficiently higher than the band gap energy of the crystal and simultaneously measuring photoluminescence light and Raman scattered light emitted from the crystal, A method for evaluating impurities in a semiconductor crystal, characterized by evaluating the type, amount, distribution state, energy position in a band structure, arrangement in a crystal lattice, etc. of impurities therein.
(2)、試料となる半導体結晶が収納され、液体ヘリウ
ム温度から室温までの温度制御が可能な冷却装置と、励
起光源制御系に接続され、前記冷却装置内の結晶に照射
されるレーザー光源と、前記結晶から放出されるフォト
ルミネッセンス光とラマン散乱光とを受光する分光器と
、前記レーザー光源からの試料に対する入射スポットを
二次元的に移動させるべく前記冷却装置を移動制御する
Y−Z駆動系と、前記冷却装置と温度情報を交換し、前
記励起光源制御系と励起光源情報を交換し、前記分光器
と波長情報を交換し、更に前記Y−Z駆動系と位置情報
を交換する計算機とから成る半導体結晶中の不純物評価
装置。
(2) a cooling device in which a semiconductor crystal to be a sample is housed and whose temperature can be controlled from liquid helium temperature to room temperature; and a laser light source connected to an excitation light source control system and irradiating the crystal in the cooling device. , a spectrometer that receives photoluminescence light and Raman scattered light emitted from the crystal, and a Y-Z drive that controls the movement of the cooling device to two-dimensionally move the incident spot on the sample from the laser light source. a computer that exchanges temperature information with the cooling device, excitation light source information with the excitation light source control system, wavelength information with the spectrometer, and position information with the YZ drive system; An apparatus for evaluating impurities in semiconductor crystals, consisting of:
JP16084186A 1986-07-10 1986-07-10 Method and apparatus for evaluating impurities in semiconductor crystal Pending JPS6318250A (en)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0217432A (en) * 1988-07-06 1990-01-22 Idemitsu Kosan Co Ltd Raman spectroscopic apparatus
JPH05281141A (en) * 1992-03-30 1993-10-29 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd Method and apparatus for photoluminescence measurement in crystal
WO1995010768A1 (en) * 1993-10-09 1995-04-20 Renishaw Plc Raman spectroscopic analysis of damages in semiconductors
JP2008046132A (en) * 2006-08-16 2008-02-28 Wafermasters Inc Spectroscopy system

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