TW202314226A - 測量裝置 - Google Patents

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池村賢一郎
鈴木健吾
井口和也
中村明裕
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日商濱松赫德尼古斯股份有限公司
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Abstract

本發明之測量裝置1具備：積分球4，其於內部配置測量物S；激發光學系統3，其向配置於積分球4之測量物S引導激發光L1；光檢測器6，其對藉由激發光L1之照射而於積分球4內之測量物S產生之被測量光L2進行檢測；及第1檢測光學系統7，其自積分球4向光檢測器6引導被測量光L2。激發光學系統3中入射至積分球4內之測量物S之激發光L1之光軸、與第1檢測光學系統7中自積分球4出射之被測量光L2之光軸斜交，第1檢測光學系統7具有限制光檢測器6中之被測量光L2之檢測範圍之開口部36，測量物S上之激發光L1之照射點La與開口部36為光學性共軛關係。

Description

測量裝置
本揭示係關於一種測量裝置。
作為用於檢查半導體晶圓等之測量物之測量方法，已知有例如光致發光測量(以下記為「PL(Photoluminescence)測量」)。PL測量為例如對利用電子與電洞之再結合放出之光進行測量的方法，該電子與電洞藉由對半導體材料照射具有較帶隙更高能量之光而產生。先前，基於PL之強度或波長各者之資訊評估測量物之品質，但根據半導體晶圓之品質保障之觀點，謀求提高缺陷之定量性或再現性。
作為其他測量方法，已知有全方位光致發光測量(以下記為「ODPL(Omnidirectional Photoluminescence)測量」)(參照例如非專利文獻1)。ODPL測量係使用積分球對測量物所吸收之激發光之光子數及面向全方位之發光光子數進行測量的方法。於ODPL測量中，因可算出包含雜質密度或點缺陷密度等之受非輻射再結合影響之帶端發光之發光量子效率，故可使缺陷定量化。
於ODPL測量中，作為前段之步驟，實施使用積分球之測量物之外部量子效率(EQE：External Quantum Efficiency)之測量。又，作為後段之步驟，實施使用測量物之標準PL光譜之測量物之內部量子效率(IQE：Internal Quantum Efficiency)之算出。外部量子效率為放出至測量物之外部之發光光子數相對於測量物所吸收之激發光之光子數的比例。內部量子效率為於測量物產生之發光光子數相對於測量物所吸收之激發光之光子數的比例。
因考慮來自測量物之光取出效率對內部量子效率之影響者為外部量子效率，故只要獲得測量物之標準PL光譜與外部量子效率，即可算出測量物之內部量子效率。例如於GaN結晶中，可見越為結晶性較高、缺陷數較少之材料，內部量子效率變得越高之傾向(參照非專利文獻1)。即，內部量子效率為直接反映該材料之結晶品質者，藉由於晶圓製造時評估晶圓材料之結晶品質，可評估設備之壽命或性能相關之因子。 [先前技術文獻] [非專利文獻]
非專利文獻1：“Demonstration of omnidirectional photoluminescence (ODPL) spectroscopy for precise determination of internal quantum efficiency of radiation in GaN single crystals” Kazunobu Kojima 等人, Applied Physics Letter 111, 032111 (2017) 非專利文獻2：”Determination of absolute value of quantum efficiency of radiation in high quality GaN single crystals using an integrating sphere” Kazunobu Kojima 等人, Journal of Applied Physics 120, 015704 (2016)
[發明所欲解決之問題]
使用積分球之測量對入射至該積分球之光及自測量物產生之全方位之光進行檢測。因此，一般而言，於實施測量物之標準PL光譜之測量時，不使用積分球(參照例如非專利文獻2)。然而，於ODPL測量之實施時，根據測量便利性之觀點，較佳可以保持將測量物配置於積分球之狀態，實施測量物之標準PL光譜之測量。
本揭示係為解決上述課題而完成者，其目的在於提供一種可以保持將測量物配置於積分球之狀態，實施測量物之標準PL光譜之測量的測量裝置。 [解決問題之技術手段]
本揭示之一態樣之測量裝置具備：積分球，其於內部配置測量物；激發光學系統，其向配置於積分球之測量物引導激發光；光檢測器，其對藉由激發光之照射而於積分球內之上述測量物產生之被測量光進行檢測；及第1檢測光學系統，其自積分球向光檢測器引導被測量光；且於激發光學系統中入射至積分球內之測量物之激發光之光軸、與第1檢測光學系統中自積分球出射之被測量光之光軸斜交；第1檢測光學系統具有限制光檢測器中之被測量光之檢測範圍之開口部；測量物上之激發光之照射點與開口部為光學性共軛之關係。
於該測量裝置中，於激發光學系統中入射至積分球內之測量物之激發光之光軸、與第1檢測光學系統中自積分球出射之被測量光之光軸斜交。藉此，可防止積分球內之測量物所反射之激發光由光檢測器直接檢測。又，於該測量裝置中，配置於積分球內之測量物上之激發光之照射點、與配置於第1檢測光學系統之開口部為光學性共軛關係。藉此，可抑制積分球內之多重散射之影響，且可僅將藉由激發光之入射而於測量物之表面產生之被測量光自積分球取出並檢測。因此，於該測量裝置中，可以保持將測量物配置於積分球之狀態，實施測量物之標準PL光譜之測量。
亦可為，藉由激發光學系統朝向測量物之激發光、與積分球內之測量物所產生之被測量光通過積分球之同一埠。此時，易將構成激發光學系統及第1檢測光學系統之光學零件共通化，而謀求裝置之簡單化及小型化。
亦可為，藉由激發光學系統朝向測量物之激發光通過積分球之一埠，積分球內之測量物所產生之被測量光通過與積分球之一埠不同之其他埠。該情形時，容易確保激發光學系統中入射至積分球內之測量物之激發光之光軸、與第1檢測光學系統中自積分球出射之被測量光之光軸之斜交角度。因此，可進而確實地防止積分球內之測量物所反射之激發光被光檢測器直接檢測。
亦可為，第1檢測光學系統具有遮蔽被測量光之雜散光之遮蔽構件。該情形時，可防止被測量光之雜散光對構成激發光學系統及第1檢測光學系統之光學零件造成影響。
亦可為，遮蔽構件藉由筒狀構件構成。該情形時，可以簡單構成遮蔽被測量光之雜散光。
亦可為，測量裝置進而具備：第2檢測光學系統，其將於積分球內擴散反射之被測量光自積分球向光檢測器引導；及切換部，其相對於光檢測器，將第1檢測光學系統及第2檢測光學系統之一者光學性連接。該情形時，藉由使用第2檢測光學系統將於積分球內擴散反射之被測量光自積分球向光檢測器引導，可實施使用積分球之測量物之外部量子效率之測量。藉由利用切換部將與光檢測器連接之光學系統切換，可維持將測量物配置於積分球之狀態不變，於同一裝置內實施標準PL光譜之測量與外部量子效率之測量。
亦可為，切換部包含進退自如地配置於被測量光之光軸上之衰減元件而構成。該情形時，可較佳地防止光檢測器中之被測量光之飽和。 [發明之效果]
根據本揭示，可以保持將測量物配置於積分球之狀態，實施測量物之標準PL光譜之測量。
以下，參照圖式且詳細說明本揭示之一態樣之測量裝置之較佳實施形態。 [測量裝置之概略]
圖1係顯示本揭示之一實施形態之測量裝置之構成之概略圖。同圖所示之測量裝置1構成為例如進行測量物S之非破壞檢查之裝置。於本實施形態中，作為測量物S，例示化合物半導體結晶。更具體而言，測量物S為氮化鎵(GaN)半導體結晶。GaN半導體為除可視/紫外之發光設備外，亦被期待應用於高頻設備、功率設備的材料。使用GaN半導體之設備之特性已知受貫通錯位般之構造缺陷、點缺陷、微量雜質之混入的影響較大。測量裝置1為了改善設備之良率且推進量產化，而構成為檢查GaN半導體結晶之構造缺陷之分佈及缺陷之定量性之兩者的裝置。
於測量裝置1中，於檢查GaN半導體結晶之構造缺陷之分佈及缺陷之定量性時，實施對測量物S之全方位光致發光測量(以下記為「ODPL測量」)。於ODPL測量中，作為前段之步驟，實施使用積分球之測量物S之外部量子效率(EQE)之測量。又，作為後段之步驟，實施使用測量物S之標準光致發光光譜(以下，記為「標準PL光譜」)之測量物S之內部量子效率(IQE)之算出。
外部量子效率為放出至測量物之外部之發光光子數相對於測量物所吸收之激發光之光子數的比例。圖2所示之曲線為將以未於積分球配置樣本之狀態將激發光輸入至積分球時自積分球輸出之被測量光之光譜(圖2之曲線A)、與以於積分球配置樣本之狀態將激發光輸入至積分球時自積分球輸出之被測量光之光譜(圖2之曲線B)作為一例而顯示者。測量物所吸收之激發光之光子數相當於激發光之波長區域中之曲線A之光譜與曲線B之光譜之差量(圖2之區域D1)。放出至測量物之外部之發光光子數相當於被測量光之發光波長區域中之曲線A之光譜與曲線B之光譜之差量(圖2之區域D2)。
內部量子效率為測量物所產生之發光光子數相對於測量物所吸收之激發光之光子數的比例。考慮來自測量物之光取出效率對內部量子效率之影響者為外部量子效率。來自測量物之光取出效率為藉由該測量物之材料而定之已知之值。例如，GaN結晶之光取出效率預計為2.55%(參照上述非專利文獻2)。
因此，只要獲得測量物S之標準PL光譜與外部量子效率，即可導出測量物S之內部量子效率。例如於GaN結晶中，可見越為結晶性較高、缺陷數較少之材料，內部量子效率變得越高之傾向(參照例如上述非專利文獻1)。即，內部量子效率直接反映該材料之結晶品質，藉由於晶圓製造時評估晶圓材料之結晶品質，可評估設備之壽命或性能相關之因子。
於內部量子效率之算出時，必須進行測量物之標準PL光譜之測量。使用積分球之測量，檢測入射至該積分球之光及自測量物產生之全方位之光。欲使用積分球實施標準PL光譜之測量時，例如圖3所示，因檢測全方位之發光，故除標準PL光譜本來具有之峰值(圖3之峰值A)外，亦產生光譜之峰值(圖3之峰值B)。因此，一般而言，於實施測量物之標準PL光譜之測量時，不使用積分球。與此相對，於測量裝置1中，根據測量便利性之觀點，以可於保持將測量物S配置於積分球之狀態，實施測量物S之標準PL光譜之測量之方式，於構成上花費工夫。以下，對該測量裝置1之構成進行詳述。 [測量裝置之構成]
測量裝置1如圖1所示，具備激發光源2、激發光學系統3、積分球4、XY平台5、光檢測器6、第1檢測光學系統7、第2檢測光學系統8、及運算部12而構成。於本實施形態中，於藉由金屬等構件構成之框體13內，收納有激發光學系統3、積分球4、光檢測器6、第1檢測光學系統7、及第2檢測光學系統8。激發光源2、XY平台5、及運算部12相對於框體13外設。
激發光源2為輸出對測量物S之激發光L1之裝置。激發光源2亦可為相干光光源及非相干光光源之任一者。作為相干光光源，可使用例如準分子雷射(波長193 nm)、YAG(Yttrium Aluminum Garnet：釔鋁石榴石)雷射第2高諧波(波長532 nm)、YAG雷射第4高諧波(波長266 nm)、半導體雷射(例如InGaN半導體雷射(波長375 nm～530 nm)、紅色半導體雷射、紅外半導體雷射)、半導體激發全固體UV(Ultraviolet：紫外線)雷射(波長320 nm)、HeCd雷射(波長325 nm)等。作為非相干光光源，例如可使用水銀燈(波長365 nm)、LED(Light Emitting Diode：發光二極體)光源等。自激發光源2輸出之激發光L1亦可為脈衝光及CW光之任一者。測量物S為GaN半導體結晶之情形，作為激發光源2，使用上述光源中例如YAG雷射第4高諧波(波長266 nm)、半導體激發全固體UV雷射(波長320 nm)、HeCd雷射(波長325 nm)。
激發光學系統3為向測量物S引導激發光L1之光學系統。激發光學系統3包含例如可變衰減濾光片16、鏡面17、分離光學元件18、及透鏡19而構成。可變衰減濾光片16為用以使照射至測量物S之激發光L1之強度變化的元件，調整朝向測量物S之激發光L1之強度。
分離光學元件18為將朝向測量物S之激發光L1之光軸、與藉由激發光L1之照射而由測量物S產生之被測量光L2之光軸分離之元件。於本實施形態中，分離光學元件18如圖4所示，藉由所謂之開孔鏡面構成，具有使激發光L1通過之開口部21、及反射後述之被測量光L2之反射面22。於反射面22中，被測量光L2於自開口部21偏離之位置反射。藉此，將朝向測量物S之激發光L1之光軸、與自積分球4輸出且朝向光檢測器6之被測量光L2之光軸分離。
透鏡19藉由例如凸透鏡構成。透鏡19將朝向積分球4之激發光L1聚光於測量物S之表面。即，透鏡19於積分球4內之測量物S上形成激發光L1之照射點La(參照圖5)。又，透鏡19將來自積分球4之被測量光L2平行光化。
積分球4為於實施反射塗層之球體內壁使光擴散反射且空間性積分的裝置。積分球4之形狀未限定於球狀，亦可為半球狀。於積分球4之內部，配置有測量物S。於本實施形態中，連接於XY平台5之臂23之前端部分延伸於積分球4之內部，於該臂23之前端部分保持測量物S。藉此，測量物S於積分球4之內部可於XY面內方向掃描。
積分球4具有第1埠24及第2埠25。第1埠24於與XY平台5之測量物S之掃描面(XY面)正交之方向開口。第2埠25於與第1埠24之開口方向正交之方向(X方向或Y方向)開口。於本實施形態中，第1埠24為標準PL光譜測量用之埠，第2埠25為外部量子效率測量用之埠。標準PL光譜測量中，藉由激發光學系統3朝向測量物S之激發光L1、與積分球4內之測量物S所產生之被測量光L2皆通過積分球4之第1埠24。於外部量子效率測量中，藉由激發光學系統3而朝向測量物S之激發光L1通過第1埠24，於積分球4內擴散反射之被測量光L2通過第2埠25。
光檢測器6為對藉由激發光L1之照射而於積分球4內之測量物S產生之被測量光L2進行檢測的裝置。光檢測器6經由切換部31，相對於第1檢測光學系統7及第2檢測光學系統8之一者光學性連接。作為光檢測器6，可使用例如CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互補金屬氧化物半導體)、CCD(Charge Coupled Device：電荷耦合設備)、EM-CCD(Electron Multiplier-CCD：電子倍增電荷耦合設備)、光電子倍增管、SiPM(Silicon Photo-Multiplier：矽光電倍增管)(MPPC(Multi-Pixel Photon Counter：多像素光子計數器))、APD(Avalanche Photo Diode：雪崩光電二極體)(SPAD(Single Photon Avalanche Diode：單光子雪崩二極體))、光電二極體(亦包含陣列狀者)等。於本實施形態中，光檢測器6藉由BT-CCD(Back Thinned-CCD：背薄CCD)(內置背面入射型CCD之多通道光檢測器)構成。光檢測器6將基於檢測結果之信號輸出至運算部12。於光檢測器6亦可內置用以抑制被測量光L2之飽和之元件(例如可變衰減濾光片)。
第1檢測光學系統7為標準PL光譜測量中自積分球4向光檢測器6引導被測量光L2之光學系統。第1檢測光學系統7除與激發光學系統3共通之透鏡19及分離光學元件18外，包含分色鏡32、鏡面33、及透鏡34而構成。自積分球4之第1埠24輸出之被測量光L2藉由第1檢測光學系統7引導，且經由光檢測器輸入端35輸入至光檢測器6。
圖5係顯示標準PL光譜測量中之激發光學系統與第1檢測光學系統之光學性連接狀態之模式性圖。如同圖所示，於標準PL光譜測量中，以保持將測量物S配置於積分球4之狀態實施標準PL光譜之測量時，朝向測量物S之激發光L1之光軸、與藉由激發光L1之照射而於測量物S產生之被測量光L2之光軸，藉由上述之分離光學元件18而分離。因此，於激發光學系統3中經由透鏡19入射至積分球4內之測量物S之激發光L1之光軸、與第1檢測光學系統7中自積分球4出射之被測量光L2之光軸，成為具有特定角度而斜交之狀態。
於圖5之例中，入射至測量物S之激發光L1之光軸相對於測量物S之表面(XY面)傾斜，被測量光L2之光軸相對於測量物S之表面(XY面)垂直。考慮自測量物S產生之被測量光L2之配光特性之情形，設為可如圖5所示測量法線上之PL成分之態樣之情況，成為進行標準PL測量時之最佳配置。被測量光L2之光軸相對於測量物S之表面垂直之情形，可將測量物S整體收納於景深之範圍(設為焦點對準之狀態)，且最不易受透鏡等之像差之影響。另一方面，激發光L1之光軸亦可設為相對於測量物S之表面垂直之態樣。此時，被測量光L2之光軸相對於測量物S之表面傾斜，但藉由對激發光學系統3使用移位透鏡或傾斜透鏡，可將測量物S整體收納於景深之範圍內，且可測量PL成分。如此，藉由激發光L1之光軸與被測量光L2之光軸斜交，可防止積分球4內之測量物S所反射之激發光L1由光檢測器6直接檢測。
於第1檢測光學系統7，設置有限制光檢測器6中之被測量光L2之檢測範圍的開口部36。於本實施形態中，光檢測器6成為光纖輸入型之檢測器。又，光檢測器輸入端35藉由將光纖素線捆束後之光纖束37構成。因此，於本實施形態中，光纖束37之端面37a相當於限制光檢測器6中之被測量光L2之檢測範圍的開口部36。
如圖5所示，朝向測量物S之激發光L1藉由透鏡19聚光，且成像於測量物S之表面。藉由激發光L1之照射而由測量物S產生之被測量光L2藉由透鏡19平行光化後，藉由透鏡34聚光，成像於光纖束37之端面37a(開口部36)。即，測量物S上之激發光L1之照射點La與開口部36為光學性共軛之關係。藉由照射點La與開口部36為光學性共軛之關係，可抑制積分球4內之多重散射之影響，且可僅將藉由激發光L1之入射而於測量物S之表面產生之被測量光L2自積分球4取出且檢測。因此，於測量裝置1中，可以將測量物S配置於積分球4之狀態實施測量物S之標準PL光譜之測量。
第2檢測光學系統8為於外部量子效率測量中，將積分球4內擴散反射之被測量光L2自積分球4朝向光檢測器6引導的光學系統。於第2檢測光學系統8中，自積分球4之第2埠25輸出之被測量光L2經由與第1檢測光學系統7不同之光檢測器輸入端38而輸入至光檢測器6。光檢測器輸入端38與例如第1檢測光學系統7之光檢測器輸入端35同樣，藉由將光纖之素線捆束後之光纖束39(參照圖6)而構成。
切換部31為相對於光檢測器6將第1檢測光學系統7及第2檢測光學系統8之一者光學性連接之部分。切換部31例如圖6所示，包含一對光導41A、41B、與離軸拋物面鏡42而構成。於光導41A，光學性連接有第1檢測光學系統7側之光檢測器輸入端35(光纖束37)。於光導41B，光學性連接有第2檢測光學系統8側之光檢測器輸入端38(光纖束39)。離軸拋物面鏡42藉由例如步進馬達等之驅動機構，使反射面之方向可變。離軸拋物面鏡42與光導41A、41B之一者光學結合，藉此僅向光檢測器6引導來自光導41A之激發光L1及來自光導41B之激發光L1之一者。
運算部12為基於自光檢測器6輸出之信號，算出測量物S之外部量子效率及內部量子效率之部分。物理上而言，為具備RAM(Random Access Memory：隨機存取記憶體)、ROM(Read Only Memory：唯讀記憶體)等之記憶體、CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)等之處理器(運算電路)、通信介面、硬碟等之儲存部、顯示器等之顯示部而構成的電腦系統。作為電腦系統，列舉例如個人電腦、雲端伺服器、智慧型設備(智慧型手機、平板終端等)等。運算部12可藉由PLC(programmable logic controller：可程式化邏輯控制器)構成，亦可藉由FPGA(Field-programmable gate array：場可程式化閘陣列)等之積體電路而構成。
運算部12於標準PL光譜測量中，基於自光檢測器6輸出之信號產生標準PL光譜之測量資料，且將該測量資料保存於儲存部。運算部12於外部量子效率測量中，基於自光檢測器6輸出之信號(測量信號及參考信號)算出測量物S之外部量子效率，且將算出資料保存於儲存部。又，運算部12基於標準PL光譜之測量資料與外部量子效率之算出資料算出測量物S之內部量子效率，且將算出資料保存於儲存部。運算部12亦可將獲得之標準PL光譜之測量資料、外部量子效率之算出資料、及內部量子效率之算出資料輸出至監視器等。 [使用測量裝置之ODPL測量之實施順序]
圖7係使用測量裝置之ODPL測量之流程圖。如同圖所示，於使用測量裝置1之ODPL測量中，依序實施準備步驟(步驟S01)、標準PL光譜測量步驟(步驟S02)、外部量子效率測量步驟(步驟S03)、及內部量子效率算出步驟(步驟S04)。
準備步驟S01中，如圖8所示，首先進行切換部31之設定(步驟S11)。此處，驅動切換部31之離軸拋物面鏡42，相對於光檢測器6將第2檢測光學系統8光學性連接。接著，自激發光源2輸出激發光L1(步驟S12)，進行激發光L1之強度調整(步驟S13)。激發光L1之強度調整以藉由激發光L1之入射而自積分球4輸出之光未於光檢測器6飽和之方式，調整可變衰減濾光片16或內置於光檢測器6之可變衰減濾光片等，藉此實施。激發光L1之強度調整後，停止激發光L1之輸出(步驟S14)。接著，使XY平台5之臂23自積分球4離開後保持測量物S，以保持於臂23之狀態將測量物S配置於積分球4內(步驟S15)。
於標準PL光譜測量步驟S02中，如圖9所示，首先進行切換部31之設定(步驟S21)。此處，驅動切換部31之離軸拋物面鏡42，相對於光檢測器6光學性連接第1檢測光學系統7。接著，自激發光源2輸出激發光L1且對積分球4內之測量物S入射激發光L1(步驟S22)，進行光檢測器6之曝光時間之設定(步驟S23)。於設定光檢測器6之曝光時間後，將藉由激發光L1之照射而自積分球4之第1埠24輸出之被測量光L2，藉由第1檢測光學系統7引導至光檢測器6，實施測量物S之標準PL光譜測量(步驟S24)。於測量結束後，停止激發光之輸出(步驟S25)，保存測量資料(步驟S26)。
於外部量子效率測量步驟S03中，如圖10所示，首先進行切換部31之設定(步驟S31)。此處，驅動切換部31之離軸拋物面鏡42，相對於光檢測器6光學性連接第2檢測光學系統8。接著，自激發光源2輸出激發光L1且將激發光L1入射至積分球4內之測量物S(步驟S32)，進行光檢測器6之曝光時間之設定(步驟S33)。於設定光檢測器6之曝光時間後，將藉由激發光L1之照射而自積分球4之第2埠25輸出之被測量光L2，藉由第2檢測光學系統8引導至光檢測器6，實施擴散反射光之測量(步驟S34)。於測量結束後，停止激發光L1之輸出(步驟S35)，自積分球4取出測量物S(步驟S36)。
於取出測量物S後，再次開始激發光L1之輸出(步驟S37)，實施參考測量(步驟S38)。於參考測量中，以未將測量物S配置於積分球4之狀態，將自積分球4之第2埠25輸出之被測量光L2藉由第2檢測光學系統8引導至光檢測器6，實施擴散反射光之測量(步驟S38)。測量結束後，停止激發光L1之輸出(步驟S39)。其後，基於步驟S34之測量結果與步驟S38之測量結果，算出放出至測量物S之外部之發光光子數相對於測量物S所吸收之激發光L1之光子數的比例。藉此，算出測量物S之外部量子效率(步驟S40)，且保存算出資料(步驟S41)。
於內部量子效率算出步驟S04中，如圖11所示，分別讀取步驟S26所保存之標準PL光譜測量之測量資料、與步驟S41所保存之外部量子效率之算出資料(步驟S51)。接著，基於進行讀取之標準PL光譜測量之測量資料、外部量子效率之算出資料、及根據材料已知之測量物S之光取出效率，算出測量物S之內部量子效率(步驟S52)。保存算出資料，完成處理(步驟S53)。
[測量裝置之作用效果] 如以上說明所示，於該測量裝置1中，於激發光學系統3中入射至積分球4內之測量物S之激發光L1之光軸、與第1檢測光學系統7中自積分球4出射之被測量光L2之光軸斜交。藉此，可防止積分球4內之測量物S所反射之激發光L1由光檢測器6直接檢測。又，於該測量裝置1中，配置於積分球4內之測量物S上之激發光L1之照射點La、與配置於第1檢測光學系統7之開口部36為光學性共軛關係。藉此，可抑制積分球4內之多重散射之影響，且可僅將藉由激發光L1之入射而於測量物S之表面產生之被測量光L2自積分球4取出並檢測。因此，於該測量裝置1中，可以保持將測量物S配置於積分球4之狀態，實施測量物S之標準PL光譜之測量。
於本實施形態中，藉由激發光學系統3朝向測量物S之激發光L1、與積分球4內之測量物S所產生之被測量光L2通過積分球4之同一第1埠24。該情形時，易將構成激發光學系統3及第1檢測光學系統7之光學零件共通化，而謀求裝置之簡單化及小型化。
於本實施形態中，測量裝置1進而具備：第2檢測光學系統8，其將積分球4內擴散反射之被測量光L2自積分球4向光檢測器6引導；及切換部31，其相對於光檢測器6，將第1檢測光學系統7及第2檢測光學系統8之一者光學性連接。此時，使用第2檢測光學系統8將積分球4內擴散反射之被測量光L2自積分球4向光檢測器6引導，藉此可實施使用積分球4之測量物S之外部量子效率之測量。藉由利用切換部31切換與光檢測器6連接之光學系統，可維持將測量物S配置於積分球4之狀態不變，於同一裝置內實施標準PL光譜之測量與外部量子效率之測量。
[變化例] 本揭示並非限定於上述實施形態者。例如圖12所示，激發光L1及被測量光L2亦可通過彼此不同之埠。於圖12之例中，積分球4除第1埠24、第2埠25外，具有第3埠26(一個埠)。第3埠26設置於第2埠25之相反側。第3埠26與第1埠24之開口方向正交，且於與第2埠25之開口方向相反之方向開口。
於本變化例中，藉由激發光學系統3朝向測量物S之激發光L1通過積分球4之第3埠26。第3埠26亦可兼作用以將XY平台5(參照圖1)之臂23導入積分球4內之埠。又，由積分球4內之測量物S產生之被測量光L2通過積分球4之第1埠24(其他埠)。根據此種構成，容易確保激發光學系統3中入射至積分球4內之測量物S之激發光L1之光軸、與第1檢測光學系統7中自積分球4出射之被測量光L2之光軸之斜交角度。因此，可進而確實地防止積分球4內之測量物S所反射之激發光L1由光檢測器6直接檢測。
又，限制光檢測器6中之被測量光L2之檢測範圍之開口部36亦可不為由光纖束37之端面37a構成者。於圖13之例中，光檢測器輸入端35未經由光纖束37而直接設置於光檢測器6，限制被測量光L2之檢測範圍之開口部36藉由以與光檢測器6之光檢測器輸入端35相接之方式配置之針孔51構成。此種構成亦可將測量物S上之激發光L1之照射點La與開口部36設為光學性共軛之關係。
如圖14所示，第1檢測光學系統7亦可具有遮蔽被測量光L2之雜散光之遮蔽構件55。圖14之例中，遮蔽構件55於被測量光L2之光路上，藉由配置於積分球4與透鏡19之間之針孔56構成。藉由此種構成，可防止被測量光L2之雜散光對構成激發光學系統3及第1檢測光學系統7之光學零件造成影響。
遮蔽構件55亦可如圖15所示，藉由筒狀構件57構成。於圖15之例中，筒狀構件57為例如黑色之圓錐台狀之構件，且以隨著自積分球4側朝向透鏡19側而擴徑之方式，於被測量光L2之光路上配置於透鏡19與積分球4之間。筒狀構件57亦可與積分球4之第1埠24相接，又可分開。於筒狀構件57之內側，亦可實施抑制被測量光L2之反射之防反射塗層。
又，對切換部31之構成，亦可採用其他態樣。圖16係顯示切換部之構成之其他例之模式性圖。本變化例之切換部61具有基體部71、輸入部72、濾光單元73(衰減元件)、及輸出部74。基體部71形成為例如長方形之板狀，自輸入部72A、72B側向輸出部74側於一方向延伸。
於輸入部72設置有一對輸入端子75A、75B、及一對鏡面76、77。於輸入端子75A，光學性連接第1檢測光學系統7側之光檢測器輸入端35(光纖束37)，於輸入端子75B，光學性連接第2檢測光學系統8側之光檢測器輸入端38(光纖束39)。
濾光單元73配置於輸入部72與輸出部74之間。濾光單元73藉由減光濾光單元81、與低通濾光單元82構成。減光濾光單元81具有例如減光度不同之3個減光濾光片81A～81C。低通濾光單元82具有例如濾除波長不同之3個低通濾光片82A～82C。於輸出部74設置有輸出端子83、與鏡面84。輸出端子83光學性連接於光檢測器6。
輸入部72、減光濾光單元81、及低通濾光單元82可於例如與基體部71之延伸方向正交之方向滑動。藉由輸入部72之滑動，鏡面76及鏡面77之一者與輸出部74之鏡面84光學性連接。藉此，僅將來自輸入端子75A之被測量光L2及來自輸入端子75B之被測量光L2之一者，向光檢測器6引導。
又，藉由減光濾光單元81及低通濾光單元82之滑動，減光濾光片81A～81C及低通濾光片82A～82C於輸入部72與輸出部74之間之被測量光L2之光軸上進退自如。藉此，可將自輸出端子83輸出之被測量光L2之強度多階段地調整，且可較佳地防止光檢測器6中之被測量光L2之飽和。
1:測量裝置 2:激發光源 3:激發光學系統 4:積分球 5:XY平台 6:光檢測器 7:第1檢測光學系統 8:第2檢測光學系統 12:運算部 13:框體 16:可變衰減濾光片 17:鏡面 18:分離光學元件 19:透鏡 21:開口部 22:反射面 23:臂 24:第1埠(其他埠) 25:第2埠 26:第3埠(一個埠) 31:切換部 32:分色鏡 33:鏡面 34:透鏡 35:光檢測器輸入端 36:開口部 37:光纖束 37a:端面 38:光檢測器輸入端 39:光纖束 41A:光導 41B:光導 42:離軸拋物面鏡 51:針孔 55:遮蔽構件 56:針孔 57:筒狀構件 61:切換部 71:基體部 72:輸入部 72A, 72B:輸入部 73:濾光單元(衰減元件) 74:輸出部 75A, 75B:輸入端子 76, 77:鏡面 81:減光濾光單元 81A～81C:減光濾光片 82:低通濾光單元 82A～82C:低通濾光片 83:輸出端子 84:鏡面 A:曲線 B:曲線 D1:區域 D2:區域 L1:激發光 L2:被測量光 La:照射點 S:測量物 S01～S04:步驟 S11～S15:步驟 S21～S26:步驟 S31～S41:步驟 S51～S53:步驟
圖1係顯示本揭示之一實施形態之測量裝置之構成之概略圖。 圖2係顯示外部量子效率之算出方法之圖。 圖3係顯示標準PL光譜之一例之圖。 圖4係顯示分離光學元件之構成之一例之模式性圖。 圖5係顯示標準PL光譜測量中之激發光學系統與第1檢測光學系統之光學性連接狀態之模式性圖。 圖6係顯示切換部之構成之一例之模式性圖。 圖7係使用圖1所示之測量裝置之ODPL測量之流程圖。 圖8係準備步驟之流程圖。 圖9係標準PL光譜測量步驟之流程圖。 圖10係外部量子效率測量步驟之流程圖。 圖11係內部量子效率算出步驟之流程圖。 圖12係顯示標準PL光譜測量中激發光學系統與第1檢測光學系統之光學性連接狀態之變化例之模式性圖。 圖13係顯示標準PL光譜測量中激發光學系統與第1檢測光學系統之光學性連接狀態之其他變化例之模式性圖。 圖14係顯示配置於第1檢測光學系統之遮蔽構件之一例之模式性圖。 圖15係顯示配置於第1檢測光學系統之遮蔽構件之其他例之模式性圖。 圖16係顯示切換部之構成之其他例之模式性圖。
4:積分球
7:第1檢測光學系統
19:透鏡
24:第1埠(其他埠)
25:第2埠
34:透鏡
35:光檢測器輸入端
36:開口部
37:光纖束
37a:端面
L1:激發光
L2:被測量光
La:照射點
S:測量物

Claims (7)

  1. 一種測量裝置，其具備： 積分球，其於內部配置測量物； 激發光學系統，其向配置於上述積分球之上述測量物引導激發光； 光檢測器，其對藉由上述激發光之照射而於上述積分球內之上述測量物產生之被測量光進行檢測；及 第1檢測光學系統，其自上述積分球向上述光檢測器引導上述被測量光；且 於上述激發光學系統中入射至上述積分球內之上述測量物之上述激發光之光軸、與上述第1檢測光學系統中自上述積分球出射之上述被測量光之光軸斜交； 上述第1檢測光學系統具有限制上述光檢測器中之上述被測量光之檢測範圍之開口部； 上述測量物上之上述激發光之照射點與上述開口部為光學性共軛之關係。
  2. 如請求項1之測量裝置，其中由上述激發光學系統朝向上述測量物之上述激發光、與上述積分球內之上述測量物所產生之上述被測量光通過上述積分球之同一埠。
  3. 如請求項1之測量裝置，其中藉由上述激發光學系統朝向上述測量物之上述激發光通過上述積分球之一埠，且於上述積分球內之上述測量物產生之上述被測量光通過與上述積分球之上述一埠不同之其他埠。
  4. 如請求項1至3中任一項之測量裝置，其中上述第1檢測光學系統具有遮蔽上述被測量光之雜散光之遮蔽構件。
  5. 如請求項4之測量裝置，其中上述遮蔽構件藉由筒狀構件構成。
  6. 如請求項1至5中任一項之測量裝置，其進而具備： 第2檢測光學系統，其將於上述積分球內擴散反射之上述被測量光自上述積分球向上述光檢測器引導；及 切換部，其相對於上述光檢測器，將上述第1檢測光學系統及上述第2檢測光學系統之一者光學性連接。
  7. 如請求項6之測量裝置，其中上述切換部包含進退自如地配置於上述被測量光之光軸上之衰減元件而構成。
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