TW201346243A - 用於光譜發光量測之方法及裝置 - Google Patents

用於光譜發光量測之方法及裝置 Download PDF

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Abstract

一項實施例係關於一種處理自一基板獲得之光譜發光映射資料之電腦實施之方法，該基板具有包含一多量子井之一磊晶層堆疊。獲得該基板上之一位置處之一光譜發光及一磊晶厚度。可在給出該磊晶厚度及材料折射率之情況下計算該位置之一光譜調變。然後可藉由將所量測光譜發光除以該光譜調變而產生基礎發光光譜。隨後，可自該基礎發光光譜獲得一峰值波長及其他參數。在另一實施例中，可在不藉助磊晶厚度量測之情況下使用一自洽技術判定該基礎發光光譜。另一實施例係關於一種用於光譜發光映射及磊晶厚度量測之裝置。亦揭示其他實施例、態樣及特徵。

Description

用於光譜發光量測之方法及裝置 相關申請案交叉參考
本申請案主張於2012年3月19日提出申請之標題為「Methods and Apparatus for Simultaneous Thickness and Spectral PL Mapping」之第61/612,669號美國臨時專利申請案之權益，該美國臨時專利申請案之揭示內容以引用方式併入本文中。
本發明一般而言係關於透明膜(諸如發現於發光二極體(LED)中之此等透明膜)上之光譜光致發光映射之領域。本發明亦可適用於透明膜上之光譜電致發光映射。該等膜沈積於其上之基板可係透明或不透明的。
光致發光(PL)及電致發光(EL)係提供關於半導體材料之電及光學性質(諸如帶隙、發射波長、組合物、缺陷等等)之資訊之光譜技術。一PL映射器係一基於雷射之儀器，其用以藉由量測來自藉助高於其帶隙之能量激發之材料之光學發光發射來在一晶圓上方產生參數映射。一EL映射器使用直接電流注入而非一雷射源激發過剩載子。一EL映射器通常用於其中電接觸墊已存在之最終器件上，但亦可用於在MOCVD沈積步驟之後的一磊晶層上。EL量測之價值係：其將電性質(諸如正向電壓、反向電流或將構成完成之LED之中心部之接面之I (V)曲線)添加至發光量測。
在作用層之金屬有機化學汽相沈積(MOCVD)之後的一典型發光二極體(LED)晶圓包含基板(其通常係在直徑上自二英吋至六英吋之一藍寶石晶圓)、GaN緩衝層(其用以幫助適應藍寶石與臨界層之間的晶格不匹配)、一經負摻雜(n-GaN)接觸層、一多量子井(MQW)多層異質結構、一選用電子阻擋層及一經正摻雜(p-GaN)接觸層。
對MOCVD後之LED磊晶(epi)層之一整個區進行取樣之度量工具可稱為一光致發光(PL)映射器。此等工具之操作原理涉及：以比發射波長短之波長激發MQW，藉此在作用區域中產生電子-電洞對且依據在晶圓上之位置偵測來自電子及電洞之輻射復合之光譜發射線。PL映射器可報告闡述局部發光光譜之重要統計資料，諸如：所觀察之局部發射光譜之峰值波長、峰值強度及半峰全寬(FWHM)。此映射之典型空間解析度係約一毫米，針對發射波長之典型空間變化此通常係足夠的，此乃因此等變化主要來自以毫米及較長長度尺度發生之MOCVD溫度梯度。「峰值波長」通常自一MOCVD沈積試驗在所有磊晶晶圓之整個區上量測，且由程序控制工程師用以直接標示存在於彼晶圓之MOCVD程序中之溫度梯度：預期之典型波長偏移係約每凱氏度大約2奈米(nm/K)，且因此其僅採取約一度之一沈積溫度梯度來影響最終器件之分級良率(bin yield)。因此，以發現於反應器中之升高之生長溫度強制執行極緊密溫度漂移及梯度控制，且需要對每一傳出晶圓之一系統化控制，此乃因其個別溫度均勻性亦依據晶圓固定於MOCVD載體凹窩中之程度。一給定晶圓內之一大範圍峰值波長變化可指示MOCVD反應器之晶圓載體需要被清潔或替換。FWHM及峰值強度(亮度)亦係重要的且可與磊晶層以及MQW組合物及結構之品質及均勻性相關。
一項實施例係關於一種處理自一基板獲得之光譜發光映射資料之電腦實施之方法，該基板具有包含一多量子井之一磊晶層堆疊。所提議之處理旨在移除由於不利地影響所量測發光光譜之厚度效應(光學空腔)所致之光譜調變。獲得該基板上之一位置處之一發光光譜及一磊晶厚度。可設定一初始基礎發光光譜，且可在給出該磊晶厚度及材料折射率之情況下計算該位置之一光譜調變。然後可藉由將該所量測光譜發光除以該光譜調變而產生基礎發光光譜。隨後，可自該基礎發光光譜獲得一準確峰值波長及其他參數。
在另一實施例中，可在不藉助磊晶厚度量測之情況下使用一自洽技術判定基礎發光光譜。在此技術中，可約束一基礎局部發光光譜之一線形狀(例如，約束為一高斯曲線)，且可藉由使用磊晶層厚度作為一最佳化參數最小化每一位置之一所計算光譜發光與所量測光譜發光之間的差而判定基礎局部發光光譜之位置、FWHM及峰值強度。然後亦可提供在方法之收斂之後獲得之局部磊晶厚度值，該局部磊晶厚度值構成可具有額外值之一磊晶厚度量測。
另一實施例係關於一種用於光譜發光映射及磊晶厚度量測之裝置。該裝置可包含：一置物台，其用於固持一目標基板；一雷射源，其輸出一雷射束；一寬頻光源；一光致發光偵測器；一磊晶厚度偵測器及一光學元件配置。該光學元件配置經組態以將來自該雷射源之該雷射束及該來自頻寬源之光引導至該目標基板之一表面上，且將經散射雷射光引導至該光致發光偵測器且將經散射寬頻光引導至該磊晶厚度偵測器。
亦揭示其他實施例、態樣及特徵。
302‧‧‧向上光致發光射線
304‧‧‧向下光致發光射線
601‧‧‧目標基板
602‧‧‧雷射源
604‧‧‧寬頻光源/寬頻源
612‧‧‧光譜光致發光偵測器
613‧‧‧整合式光致發光偵測器
614‧‧‧暗場(缺陷)偵測器
616‧‧‧磊晶厚度偵測器
618‧‧‧鏡面(形貌)偵測器
621‧‧‧部分反射鏡
623‧‧‧反射鏡
624‧‧‧反射鏡
625‧‧‧反射鏡
626‧‧‧反射鏡
627‧‧‧部分反射鏡
628‧‧‧部分反射鏡
629‧‧‧部分反射鏡
630‧‧‧束集堆
640‧‧‧光學濾波器
641‧‧‧光學濾波器
642‧‧‧光學濾波器
643‧‧‧光學濾波器
651‧‧‧光圈
652‧‧‧光圈
661‧‧‧透鏡
662‧‧‧透鏡
700‧‧‧電腦裝置
701‧‧‧處理器
702‧‧‧使用者輸入器件
703‧‧‧匯流排
704‧‧‧顯示監視器
705‧‧‧電腦網路介面
706‧‧‧資料儲存器件
710‧‧‧主記憶體
712‧‧‧指令碼
714‧‧‧資料
d‧‧‧厚度或深度
n‧‧‧折射率
t‧‧‧總體厚度/磊晶厚度
圖1係根據本發明之一實施例之光譜發光映射之基礎峰值提取之一第一方法的一流程圖。
圖2係根據本發明之一實施例之光譜發光映射之基礎峰值提取之一第二方法的一流程圖。
圖3圖解說明包含一量子井作用區域之一LED磊晶層之一簡化版本。
圖4展示一所量測光致發光光譜之一高斯擬合。
圖5展示使用本文中所揭示之方法中之一者之所量測光致發光光譜之一經改良擬合的一實例。
圖6展示根據本發明之一實施例之用於同時量測光致發光光譜、磊晶層厚度以及磊晶層之缺陷率及形貌之一實例性裝置之一高階圖。
圖7繪示根據本發明之一實施例之一實例性電腦裝置700之一簡化形式。
申請人相信，當前PL映射解決方案在其量測峰值波長、FWHM及峰值強度方面具有缺點及限制。當前PL映射器之限制包含以下各項：1)當前PL映射器之準確度通常不足以用於晶粒層級處之前饋使用。前饋係重要的，此乃因一旦經單粒化及經接觸(此可遲於MOCVD程序步驟數周)其即可允許對最終LED晶粒之發光性質之預測。針對在晶粒層級處之PL前饋使用，局部峰值波長準確度需要通常係最終器件(LED)之目標分色盒(color bin)之一分率。此意指4nm分色盒需要大約0.5nm PL波長準確度且用於固態照明(SSL)之未來2nm分色盒需要較小PL波長準確度；2)當前PL映射器產生具有不期望調變(條紋)之PL光譜。此等不期望條紋係厚度相關條紋。由於基板(其通常係藍寶石，在藍色區域中n約1.78)與磊晶層(其係接近僅GaN之有效結構，在藍色區域中n大約2.5)之間的折射率不匹配，因此MQW結構係在光學等效於一法布 裏-伯羅(Fabry-Perot)空腔之空腔內。申請人已判定，法布裏-伯羅空腔致使在FWHM下約20nm之一典型波長帶中之厚度相關條紋，此對應於來自MQW結構之PL發射；及3)可由當前PL映射器使用之傅立葉過濾技術以及其他類型之信號處理及過濾技術在移除厚度相關條紋方面係不能令人滿意的。此外，此等習用過濾技術通常具有將在過濾步驟之後獲得之峰值波長參數移位之不期望效應。一典型移位可在自0.5nm至2nm之範圍內。由於需要上文所強調提示之0.5nm或較佳PL準確度，因此峰值波長之此一移位阻礙對在器件之完整製作之後發射之光之波長色系之準確預測。不準確度亦延伸至自所量測發光光譜提取之FWHM及峰值強度。
儘管上文所論述之限制伴隨在工業中使用之所有主要材料系統(扁平藍寶石、SiC、Si)存在，但嚴重程度不同。該等限制針對基板-磊晶界面反射率減小所針對之經圖案化藍寶石基板而言較少成問題。該等限制在Si上GaN之情形中由於GaN/Si界面之高界面反射率而最嚴重，導致所量測發光光譜之一極顯著且成問題之調變。
此處所提議之方法可在不致使藉由一PL映射器獲得之峰值波長及其他參數之一不希望移位之情況下準確地減小或更準確地消除不期望條紋。申請人相信，本文中所揭示之技術亦可適用於類似地改良電致發光(EL)映射。可通常對最終LED晶粒執行(但有時亦剛好在MOCVD之後執行)此電致發光探測。儘管該方法若用於如一項實施例中所闡述之一迭代模式中則可產生其最佳良率，但預期一極快速收斂且可在第一迭代之後獲得極好結果。所提議方法優於可應用之傅立葉或其他類型之過濾器之原因係：所提議方法基於實際光學效應，該等實際光學效應係物理的且可良好地計算。相比而言，傅立葉或低通濾波係數學運算，該等數學運算忽略調變條紋之物理起因且因此將最可能扭曲對真實基礎發光光譜之估計。扭曲可係尤其不良的一原因係： 隨波長而變之條紋間距不遠小於所關注之光譜發光特徵(發光光譜)。光譜調變條紋之週期可由於減小之磊晶層之厚度而與基礎光譜之FWHM為相同次序。因此，僅應用一低通濾波技術係困難且不合理的，此乃因其將影響所提取之發光光譜。所提議方法係允許在不影響基礎信號之情況下合理地移除大光譜調變之一全物理方法。另外，本文中所揭示之技術之一例示性實施例實現光致發光及厚度兩者之同時高效量測，以及偵測表面上之缺陷且量測其形貌及反射率。
圖1係根據本發明之一實施例之光譜發光映射之基礎光譜提取之一第一方法100的一流程圖。可自具有包含一多量子井之一磊晶層堆疊之一基板獲得正處理之光譜發光映射資料。在一項實施例中，光譜發光資料可係光譜光致發光資料。在另一實施例中，光譜發光資料可係電致發光資料。
圖1之方法100需要量測光譜發光資料及磊晶厚度資料兩者，其中磊晶厚度係指磊晶層之堆疊之總厚度且在下文關於圖3進一步闡述。在一項實施例中，可同時量測每一位置處之光譜發光及磊晶厚度。在一項實施方案中，可使用下文關於圖6所闡述之裝置600達成同時量測。在另一實施例中，可單獨地量測光譜發光及厚度。
按照方塊102，可自光譜發光及磊晶厚度資料選擇基板之表面上之一位置。在一項實施方案中，光譜發光及磊晶厚度資料包含沿著基板之表面上之一螺旋掃描圖案之位置，且可在此步驟中選擇此等位置中之一者。
按照方塊104，獲得該位置處之一光譜發光。可藉由一量測儀器或自在一先前量測之後所儲存之量測資料獲得光譜發光。
按照方塊106，獲得該位置處之磊晶厚度。可藉由一量測儀器或自在一先前量測之後所儲存之量測資料獲得磊晶厚度。在另一實施例中，亦可在彼步驟中藉由使用(舉例而言)一橢圓偵測器而獲得折射 率。
按照方塊110，可計算光譜調變。可自該位置之磊晶厚度及材料折射率計算該位置之光譜調變。光譜調變之計算可係一法布裏-伯羅空腔類型計算。在某些簡單情形(附錄A)中，其可係分析的且僅由一公式獲得。在其他情形中，其可需要(舉例而言)藉由對可更佳地表示用以執行量測之實際光學設置之一範圍之入射射線角度積分來在數值上計算。
按照方塊112，可產生基礎發光光譜。可(舉例而言)藉由將該位置之所量測光譜發光除以該位置之光譜調變而執行基礎發光光譜之產生。
按照方塊116，可關於是否將處理更多位置做出一判定。若存在待處理之更多位置，則方法100可往回迴圈以按照方塊102選擇下一位置。若不存在，則可認為基板上之所期望位置之基礎光譜提取完成，且方法100可向前移動至方塊118。
按照方塊118，可自針對所期望位置判定之基礎發光光譜判定各種光譜參數。舉例而言，可基於每一位置之基礎發光光譜之一位置判定每位置之峰值波長。另外，判定一峰值強度、一半峰全寬(FWHM)。且可基於每一位置之所獲得之基礎發光光譜判定任何其他相關參數。
在一替代實施例中，來自方塊106之所量測厚度可用以生成諸如下文關於圖2之方塊208闡述之一種方法之一迭代迴歸方法。
圖2係根據本發明之一實施例之光譜發光映射之基礎峰值提取之一第二方法200的一流程圖。與圖1之方法100相比，圖2之方法200需要所量測光譜發光資料，但其不需要所量測磊晶厚度資料。
按照方塊202，可自光譜發光資料選擇基板之表面上之一位置。在一項實施方案中，光譜發光資料包含沿著基板之表面上之一螺旋掃 描圖案之位置，且可在此步驟中選擇此等位置中之一者。
按照方塊204，獲得該位置處之一光譜發光。可藉由一量測儀器或自在一先前量測之後所儲存之量測資料獲得光譜發光。
按照方塊206，可約束基礎發光峰值之一函數線形狀(但非峰值位置)。舉例而言，可將該線形狀約束為一高斯形狀。亦可使用除高斯之外的線形狀。舉例而言，可自相同類型之基板上之類似磊晶層之實驗資料獲得所使用之線形狀。一線形狀可係可參數化且表示MQW之基礎物理發光光譜之任何函數。
按照方塊208，使用迭代迴歸，可由局部厚度參數以及最小化一所計算光譜發光與一所量測光譜發光之間的一差的經參數化線形狀之位置、FWHM及峰值強度組成一判定。在一項實施方案中，可應用一迴歸程序以做出此判定。磊晶厚度可用作具有一初始猜測之一自由參數，或可由一先驗知識(例如，標稱磊晶厚度)或一厚度量測生成。
按照方塊210，可關於是否將處理更多位置做出一判定。若存在待處理之更多位置，則方法200可往迴迴圈以按照方塊202選擇下一位置。若不存在，則可認為用以找出基板上之所期望位置之基礎發光光譜及磊晶厚度之處理完成，且方法200可向前移動至方塊212。
按照方塊212，可自針對所期望位置判定之基礎發光光譜判定各種光譜參數。舉例而言，可基於每一位置之基礎發光光譜之一位置判定每位置之峰值波長。另外，亦可自每一位置之基礎發光光譜判定一峰值強度及一半峰全寬(FWHM)。此外，亦可(視情況)判定磊晶厚度。
圖3圖解說明包含一多量子井(MQW)作用區域之一LED磊晶層。在此實例中，基板係一藍寶石基板(具有約1.8之一折射率n)，且總體厚度t之磊晶層結構係使用氮化鎵(GaN)層(具有約2.5之一折射率n)形成。磊晶厚度t可通常介於自約4微米至約9微米之範圍內，且基板厚 度可通常介於0.4mm至1.5mm之範圍內。
MQW作用區域在磊晶層結構內，該MQW作用區域可係一MQW異質結構。MQW作用區域上之磊晶層可具有一厚度或深度d。空氣(具有約1之一折射率n)可在磊晶層結構上面。繪示自一向上PL射線302及自一向下PL射線304開始之射線路徑。在此草圖中展示僅幾個射線。此等射線藉助由MQW發射之光射線經受的空腔之界面處之多個反射而圖解說明法布裏-伯羅空腔光學行為。此處之經幾何模型化空腔與一傳統法布裏-伯羅空腔之間的一顯著差異係發光光源在法布裏-伯羅空腔內部，而通常情形係在空腔外部模型化一光源且計算該空腔之透射或反射係數。
根據本發明之一實施例，基於圖3中所繪示之結構，一法布裏-伯羅空腔類型計算可經執行以產生發光條紋或調變。在一項實施方案中，出於法布裏-伯羅空腔類型計算之目的，可如下光學闡述磊晶堆疊。
首先，除MQW結構之外的磊晶堆疊之所有層可視為對可見波長中之輻射係透明的，而MQW結構可以一規定波長範圍或低於該規定波長範圍吸收及發射光。舉例而言，規定波長範圍可囊括藍色光(亦即，波長範圍420nm至480nm)。
其次，出於簡化之目的磊晶堆疊內之所有層可視為具有一類似或相同折射率。舉例而言，MQW中之InxGa1-xN層可視為具有與GaN相同之一真實折射率。此簡化之結果係：磊晶堆疊可主要用作「有效GaN」材料之一層且可以一第一(且可能足夠)近似忽略結構之細節。在一項實施方案中，磊晶材料之此有效單個層之分散可作為一第一近似視為一特定分散-藉助一調整因子之磊晶堆疊(上文實例中之GaN)之主要材料之分散，其中可使用(舉例而言)一寬頻光譜橢圓偏光儀量測該調整因子。
附錄A中所展示之方程式係關於根據本發明之一實施例之光致發光條紋之一簡化計算。在按照附錄A之此簡化計算中，光譜調變或光譜條紋可由在於所發射之總PL光Itotal(λ,t)之一簡單實例中導出之表達式中在IPL前面導出之前因子表示。如本文中所揭示，此類型之物理前因子之表達式可用以移除波長相依厚度效應且更準確地提取基礎PL發射。在其最完整實施方案中，效應可需要(舉例而言)藉由對樣本上之一範圍之入射射線角度積分來在數值上計算以恰當地考量其中使用其之真實光學系統。MQW自身重新吸收一點發光光亦係可能的，該發光光可在所提議方法之一項實施例中藉由將一小虛部添加至GaN之有效折射率而模型化。
圖4展示一所量測光致發光光譜之一高斯擬合。在此實例中，自具有MQW(LED)之藍寶石上之GaN磊晶獲得所量測(「原始」)PL光譜。圖4中藉由一高斯函數展示原始光譜資料及一最小平方擬合。自圖4顯而易見，原始光譜資料中之條紋之振幅可阻礙使用此一高斯光譜發光曲線作為一擬合準確提取峰值波長、FWHM或峰值強度。所展示之情形係針對藍寶石上GaN。應注意，所量測發光光譜上所觀察到之調變條紋將在一矽基板(Si上GaN LED技術)之情形中糟得多，矽基板係可幫助降低當前限制用於一般照明之高亮度LED之廣泛選用之製造成本的LED工業之一重要新興材料系統。
圖5亦展示使用本文中所揭示之方法中之一者之所量測光致發光光譜之一經改良擬合的一實例。特定而言，所使用之方法係上文關於圖1所闡述之方法100。使用一特別磊晶厚度(亦即，磊晶厚度之一粗略估計)，且將高斯擬合用於初始線形狀及位置。使用附錄A中之Itotal(λ,t)之表達式模型化輸出。經改良匹配展示為標記為「方法(第一迭代)」之曲線。在第一迭代之後所見之光譜特徵中之合理一致性提供對按照圖3及附錄A之法布裏-伯羅PL誘發之條紋調變確實發生且可藉 由使用本發明方法恰當地解決之支援。應注意，可藉由不使用一高斯發射線形狀(MQW發射線通常並非高斯)之約束而獲得一好得多的收斂及與所量測PL光譜之一致。最簡單形式之方程式(如附錄A中所闡述)之使用亦係此實例中之限制，該等方程式亦可限制收斂之品質。方法之一更完整實施方案亦可考量一範圍之照射射線角度以及實驗設置(光譜儀強度之校準，不僅係波長)及樣本(隨所使用之波長「分散曲線」而變之折射率，如此處所假定之與恆定折射率相反)之其他細節。
圖6展示根據本發明之一實施例之用於同時量測光致發光光譜及磊晶層厚度之一實例性裝置600之一高階圖。裝置600自由一置物台固持之一目標基板601量測PL光譜及磊晶厚度，其中可出於掃描目的而可控制地移動置物台。
如所繪示，裝置600可包含一雷射源602及一寬頻發光二極體(舉例而言，一白色LED)或其他寬頻光源604。裝置600可進一步包含一光譜光致發光(PL)偵測器612、一整合式光致發光偵測器613(其將諸如一寬波長帶(舉例而言，420nm至500nm)的發光之一部分光學累加至一個偵測器上，藉此映射PL之總體亮度位準)、一暗場(缺陷)偵測器614、一磊晶厚度偵測器616及一鏡面(形貌)偵測器618。雷射源602可係用於使用光譜PL偵測器612、整合式PL偵測器613、暗場偵測器614及鏡面偵測器618之缺陷偵測及光致發光量測之源。寬頻源604可係用於使用磊晶厚度偵測器616之磊晶厚度量測之源。
源、目標基板及偵測器使用各種光學元件光學互連。如圖6中所繪示之實例性組態中所展示，各種光學元件可包含反射鏡(622、623、624、625及626)，部分反射鏡(621、627、628及629)，光學濾波器(640、641、642及643)，光圈(651及652)，束集堆(630)及透鏡(661及662)。
儘管在圖6中展示一種光學組態，但可使用其他光學組態。在一項替代實施例中，厚度偵測方法係光譜之紅色區域中之寬頻反射量測術而光譜發光偵測係在光譜之藍色區域中。此有利地允許使用一單個光譜儀來量測厚度及光譜發光兩者，從而允許裝置成本及複雜度之減小。其亦構成對通常需要兩次通過樣本之當前PL及厚度映射產生度量儀器之一顯著改良，此乃因其按順序量測PL及厚度資料。
圖7繪示根據本發明之一實施例之一實例性電腦裝置700之一簡化形式。舉例而言，此一電腦裝置可用以實施且執行上文所闡述之任何或所有方法。此圖展示此一電腦裝置之僅一個簡化實例。
如所展示，電腦裝置700可包含一或多個處理器701，例如來自加利福尼亞州聖塔克拉拉市之英特爾公司之彼等處理器。電腦裝置700可具有以通信方式互連其各種組件之一或多個匯流排703。電腦裝置700可包含一或多個使用者輸入器件702(例如，鍵盤、滑鼠等)，一顯示監視器704(例如，液晶顯示器、平板監視器等)，一電腦網路介面705(例如，網路配接器、數據機)及一資料儲存系統，該資料儲存系統可包含可將資料儲存於一硬碟機、基於半導體之記憶體、光碟或其他有形非暫時性電腦可讀儲存媒體上之一或多個資料儲存器件706及可(舉例而言)使用隨機存取記憶體實施之一主記憶體710。
在此圖中所展示之實例中，主記憶體710包含指令碼712及資料714。指令碼712可包括可執行電腦可讀程式碼(亦即，軟體)組件，該等組件可自資料儲存器件706之有形非暫時性電腦可讀媒體載入至主記憶體710以供處理器701執行。特定而言，指令碼712可經程式化以致使電腦裝置700執行本文中所闡述之方法中之資料處理步驟。
上文所闡述之圖不必按比例繪製且意欲係說明性且不限制於一特定實施方案。在上文說明中，給出眾多特定細節以提供對本發明之實施例之一透徹理解。然而，本發明之所圖解說明之實施例之上文說 明不意欲係窮盡性的或將本發明限制於所揭示之精確形式。熟習相關技術者將認識到，可在不藉助特定細節中之一或多者之情況下或藉助其他方法、組件等實踐本發明。在其他例項中，未展示或詳細闡述眾所周知結構或操作以避免模糊本發明之態樣。儘管出於圖解說明性目的而在本文中闡述本發明之特定實施例及實例，但如熟習相關技術者將認識到，可在本發明之範疇內做出各種等效修改。
可根據以上詳細說明對本發明做出此等修改。以下申請專利範圍中所使用之術語不應理解為將本發明限制於說明書及申請專利範圍中所揭示之特定實施例。而是，本發明之範疇將由將根據申請專利範圍解釋之所建立原則來加以理解之以下申請專利範圍判定。
附錄A
此處考量最簡單平行照射情形(數值孔徑-或NA-等於零，法向入射(入射角AOI)-等於零)中之光致發光條紋/方程式及單個方向之PL光之發射。此係當MQW在磊晶層內部在所有方向上發射時之一大概近似，但高折射率僅允許一小部分之光圍繞法向入射逃逸(GaN內之大於20度或20度左右之射線之總內部反射)。但此處之目標係在其最簡單實施方案中說明所提議方法且將因此以計算此情形繼續進行。
在標記中，對應於自穿過一磊晶厚度t的電磁波(PL)之往返光學路徑之相移。
因此，上及下PL之一相位φ(λ,d/2)及φ(λ,t/2-d/2)分別在其相遇之在第一界面處(分別在磊晶之頂部及底部)。上及下係指如圖3中所示意性地展示之向上及向下PL射線。
為使得下文公式及計算更精簡，將把反射率表達式簡化為如下： r 1作為之縮寫且r 2作為之縮寫
然後計算自上(E1)及下(E2)之樣本反射之光之振幅(假定來自MQW之初始PL振幅EPL在兩個方向上相同)。將對應於PL強度之其平方IPL稱為波長函數。IPL與本文字中所提及之基礎發光光譜成正比。磊晶(「空腔」)內部之總輻射MQW PL係2。在此慣例中，IPL(如在下及上方向上發射之PL)係假定為不相干的。
因此： 因此：
獲得不相干PL事件之在磊晶上所量測之總強度：
其係用以產生圖5中所展示之第一迭代之公式，此乃因一簡單高斯光譜形狀藉由應用上文所計算之光譜調變而變換。本著圖2之方塊208中所展示之最小化之精神選擇最佳匹配所觀察到之光譜特徵之厚度。此處之目標係說明法布裏-伯羅及基於實體厚度之計算如何構成自所量測PL光譜移除假條紋之一物理上合理之方法。所提議方法之 一更完整實施方案將包含比高斯更真實之一線形狀、上文方程式之一更完整計算形式(例如，入射照射及輻射MQW光之角範圍之積分)、MQW中之可能重新吸收效應等。
601‧‧‧目標基板
602‧‧‧雷射源
604‧‧‧寬頻光源/寬頻源
612‧‧‧光譜光致發光偵測器
613‧‧‧整合式光致發光偵測器
614‧‧‧暗場(缺陷)偵測器
616‧‧‧磊晶厚度偵測器
618‧‧‧鏡面(形貌)偵測器
621‧‧‧部分反射鏡
623‧‧‧反射鏡
624‧‧‧反射鏡
625‧‧‧反射鏡
626‧‧‧反射鏡
627‧‧‧部分反射鏡
628‧‧‧部分反射鏡
629‧‧‧部分反射鏡
630‧‧‧束集堆
640‧‧‧光學濾波器
641‧‧‧光學濾波器
642‧‧‧光學濾波器
643‧‧‧光學濾波器
651‧‧‧光圈
652‧‧‧光圈
661‧‧‧透鏡
662‧‧‧透鏡

Claims (27)

  1. 一種處理自一基板獲得之光譜發光映射資料之電腦實施之方法，該基板具有包含一多量子井之一磊晶層堆疊，該方法包括：獲得該基板上之一位置處之一光譜發光；獲得該位置處之該磊晶層堆疊之一厚度；在給出該厚度及材料折射率之情況下計算該位置之一光譜調變；及將該光譜發光除以該光譜調變以產生一基礎發光光譜。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包括：基於該基礎發光光譜之一位置而判定該位置之一峰值波長。
  3. 如請求項1之方法，其進一步包括：基於該基礎發光光譜之一最大強度而判定該位置之一峰值強度。
  4. 如請求項1之方法，其進一步包括：基於該基礎發光光譜之半峰全寬(FWHM)而判定該位置之一FWHM。
  5. 如請求項1之方法，其進一步包括：量測該位置處之該光譜發光。
  6. 如請求項5之方法，其進一步包括：量測該位置處之該磊晶層之該厚度。
  7. 如請求項6之方法，其中同時量測該位置處之該光譜發光及該厚度。
  8. 如請求項1之方法，其中該發光映射資料包括光致發光映射資料。
  9. 如請求項1之方法，其中該發光映射資料包括電致發光映射資料。
  10. 一種處理一目標基板之一光譜發光映射之電腦實施之方法，該目標基板具有包含一多量子井之一磊晶層堆疊，該方法包括：獲得該目標基板上之一位置之一所量測光譜發光；約束一基礎局部發光光譜之一線形狀；使用一晶種磊晶層厚度值產生該位置之一所計算光譜發光；及判定一局部厚度參數及該基礎局部發光光譜之若干參數以便最小化該位置之該所計算光譜發光與該所量測光譜發光之間的一差。
  11. 如請求項10之方法，其中該所計算光譜發光係該基礎局部發光光譜與一局部光譜調變之一倍增，此外其中該局部光譜調變係藉由一法布裏-伯羅空腔類型計算基於該局部厚度參數而產生。
  12. 如請求項11之方法，其中該基礎局部發光光譜之該等參數包含該位置之一峰值波長。
  13. 如請求項12之方法，其中該基礎局部發光光譜之該等參數進一步包含該位置之一峰值強度及一半峰全寬(FWHM)。
  14. 如請求項10之方法，其進一步包括：量測該位置處之該局部量測之光譜發光。
  15. 如請求項10之方法，其中該發光映射資料包括光致發光映射資料。
  16. 如請求項10之方法，其中該發光映射資料包括電致發光映射資料。
  17. 如請求項10之方法，其中該晶種磊晶層厚度值來自先前知識或一先前量測。
  18. 一種用於光譜發光映射及磊晶厚度量測之裝置，該裝置包括：一置物台，其用於固持一目標基板；一雷射源，其輸出一雷射束；一光源，其輸出寬頻光；一光致發光偵測器；一磊晶厚度偵測器；一光學元件配置，其用以將該雷射束及該寬頻光引導至該目標基板之一表面上，且將光致發光光引導至該光致發光偵測器且將經反射寬頻光引導至該磊晶厚度偵測器。
  19. 如請求項18之裝置，其進一步包括：一資料處理系統，其自該光致發光偵測器接收光致發光光譜且自該磊晶厚度偵測器接收磊晶厚度，其中該資料處理系統處理該光致發光光譜以判定基礎發光光譜。
  20. 如請求項19之裝置，其中該基礎發光光譜係使用法布裏-伯羅類型公式及計算而進一步判定。
  21. 如請求項18之裝置，其中該厚度偵測器係一寬頻反射計。
  22. 如請求項21之裝置，其中一單個整合式光譜儀用作該光致發光偵測器及該寬頻反射計兩者，其中該光譜儀以用於光致發光偵測之一第一光譜帶及用於寬頻反射量測術之一第二光譜帶操作。
  23. 如請求項18之裝置，其中該資料處理系統自該基礎發光光譜產生峰值波長。
  24. 如請求項18之裝置，其進一步包括一經散射光偵測器。
  25. 如請求項18之裝置，其進一步包括一經鏡面反射光偵測器。
  26. 一種用於處理自一基板獲得之光譜發光映射資料之電腦裝置，該基板具有包含一多量子井之一磊晶層堆疊，該電腦裝置包 括：一處理器，其用於執行電腦可讀指令碼以便處理資料；資料儲存器，其用於儲存電腦可讀指令碼及該資料；及電腦可讀指令碼，其儲存於該資料儲存器中以用於獲得該基板上一位置處之一光譜發光、獲得該位置處之該磊晶層堆疊之一厚度、在給出該厚度及材料折射率之情況下計算該位置之一光譜調變且將該光譜發光除以該光譜調變以產生該基礎發光光譜。
  27. 一種用於處理自一目標基板獲得之光譜發光映射資料之電腦裝置，該目標基板具有包含一多量子井之一磊晶層堆疊，該電腦裝置包括：一處理器，其用於執行電腦可讀指令碼以便處理資料；資料儲存器，其用於儲存電腦可讀指令碼及該資料；及電腦可讀指令碼，其儲存於該資料儲存器中以用於獲得該目標基板上之一位置之一所量測光譜發光、約束一基礎局部發光光譜之一線形狀、使用一晶種磊晶層厚度值產生該位置之一所計算光譜發光且判定一局部厚度參數及該基礎局部發光光譜之若干參數以便最小化該位置之該所計算光譜發光與該所量測光譜發光之間的一差。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI578423B (zh) * 2016-01-29 2017-04-11 台灣積體電路製造股份有限公司 度量衡系統及應用其之測量方法
US11856833B2 (en) 2020-01-22 2023-12-26 Applied Materials, Inc. In-line monitoring of OLED layer thickness and dopant concentration
US11889740B2 (en) 2020-01-22 2024-01-30 Applied Materials, Inc. In-line monitoring of OLED layer thickness and dopant concentration

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201504615A (zh) * 2013-07-31 2015-02-01 Genesis Photonics Inc 檢測裝置
US9551672B2 (en) 2013-12-18 2017-01-24 Lasertec Corporation Defect classifying method and optical inspection apparatus for silicon carbide substrate
JP6296001B2 (ja) * 2015-05-20 2018-03-20 信越半導体株式会社 シリコンエピタキシャルウェーハの製造方法及び評価方法
KR101810078B1 (ko) * 2016-12-22 2017-12-18 주식회사 에타맥스 광루미네선스와 산란광을 동시에 검출하는 결함조사 장치
CN110470611B (zh) * 2019-07-10 2022-08-16 中国科学院上海技术物理研究所 一种GaN系薄膜生长条件的在线检测装置及方法
CN114184583B (zh) * 2021-11-09 2024-01-16 天津大学 高深宽比微结构深度一致性的光学测量与评估方法
CN116678839B (zh) * 2023-07-13 2023-11-10 季华实验室 发光材料检测方法、装置、终端设备以及存储介质
CN117686190B (zh) * 2024-02-01 2024-04-26 深圳市壹倍科技有限公司 晶圆中发光芯片的检测方法、装置、设备及存储介质

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6429968B1 (en) 2000-03-09 2002-08-06 Agere Systems Guardian Corp Apparatus for photoluminescence microscopy and spectroscopy
JP4642276B2 (ja) * 2000-06-16 2011-03-02 パナソニック株式会社 半導体装置の製造方法及び記録媒体
WO2002025708A2 (en) * 2000-09-20 2002-03-28 Kla-Tencor-Inc. Methods and systems for semiconductor fabrication processes
JP2002243642A (ja) * 2001-01-19 2002-08-28 Agilent Technol Inc 発光スペクトル測定装置及び測定方法
EP1619640A1 (en) 2004-07-23 2006-01-25 Siemens Schweiz AG Scattered-light smoke detector
CA2594947C (en) * 2005-01-26 2015-11-24 Bernardette Kunert Iii/v semiconductor
JP2008544567A (ja) * 2005-06-27 2008-12-04 ソウル オプト デバイス カンパニー リミテッド 窒化物多重量子ウェルを有するナノロッドアレイ構造の発光ダイオード、その製造方法、及びナノロッド
JP5192661B2 (ja) * 2006-05-29 2013-05-08 一般財団法人電力中央研究所 炭化珪素半導体素子の製造方法
US7362426B1 (en) 2006-10-06 2008-04-22 Wafermasters, Inc. Raman and photoluminescence spectroscopy
JP4883112B2 (ja) 2009-02-27 2012-02-22 ブラザー工業株式会社 画像形成装置
RU2412452C2 (ru) 2009-04-02 2011-02-20 ООО "Талант" Способ анализа спектров люминесценции
JP5694339B2 (ja) * 2009-10-16 2015-04-01 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 受け取られた光のスペクトル成分を検出するスペクトル検出装置
JP5180250B2 (ja) * 2010-03-18 2013-04-10 株式会社Ｑｄレーザ レーザシステム
US9163987B2 (en) 2010-08-24 2015-10-20 Kla-Tencor Corporation Defect inspection and photoluminescence measurement system
US9383323B2 (en) * 2011-06-22 2016-07-05 Verity Instruments, Inc. Workpiece characterization system

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI578423B (zh) * 2016-01-29 2017-04-11 台灣積體電路製造股份有限公司 度量衡系統及應用其之測量方法
US10163669B2 (en) 2016-01-29 2018-12-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Metrology system and measurement method using the same
US11856833B2 (en) 2020-01-22 2023-12-26 Applied Materials, Inc. In-line monitoring of OLED layer thickness and dopant concentration
US11889740B2 (en) 2020-01-22 2024-01-30 Applied Materials, Inc. In-line monitoring of OLED layer thickness and dopant concentration

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