WO2005097945A1 - 発光体と、これを用いた電子線検出器、走査型電子顕微鏡及び質量分析装置 - Google Patents

発光体と、これを用いた電子線検出器、走査型電子顕微鏡及び質量分析装置 Download PDF

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WO2005097945A1
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electron beam
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layer
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Shoichi Uchiyama
Yasufumi Takagi
Minoru Niigaki
Minoru Kondo
Itaru Mizuno
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Hamamatsu Photonics K.K.
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    • H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials

Definitions

  • the present invention relates to a luminous body that emits light upon incidence of electrons, and an electron beam detector, a scanning electron microscope, and a mass spectrometer using the luminous body.
  • the table shows the phosphors, response speed, luminous intensity, life characteristics, luminescence wavelength, and material of the fluorescent detector. (Photoelectric surface) is described. Double circles, circles, triangles, and bags in the table indicate that the superiority is given in this order.
  • Patent Document 1 International Publication No. 02Z061458 pamphlet
  • the conventional phosphor shown in FIG. 9 has a problem that it is difficult to obtain a sufficient response speed (in the order of sec for adaptation to a scanning electron microscope or a mass spectrometer).
  • a sufficient response speed in the order of sec for adaptation to a scanning electron microscope or a mass spectrometer.
  • GaAsP emitters since the emission intensity is low, it is not suitable for application to a scanning electron microscope or the like.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and has a high response speed and a high luminous intensity, an electron beam detector using the same, a scanning electron microscope, and It is an object to provide a mass spectrometer.
  • a luminous body according to the present invention is a luminous body that generates fluorescence in response to the incidence of electrons, and is a nitride semiconductor formed on one surface of a substrate and having a quantum well structure. And a cap layer formed on the nitride semiconductor layer and having an electron incident surface.
  • this luminous body is a luminous body that converts incident electrons into fluorescent light, and has a substrate transparent to this fluorescent light and a quantum well structure formed on one surface of the substrate and emitting fluorescent light by the incidence of electrons.
  • the nitride semiconductor layer formed on one surface of the substrate emits fluorescent light due to the incidence of electrons, at least a part of the fluorescent light passes through the substrate and from the other surface of the substrate. Emit fluorescence.
  • This fluorescence is due to the injection of electrons into the quantum well structure of the nitride semiconductor layer and the recombination of the generated electron-hole pairs, and the response speed is on the order of seconds or less. .
  • the emission intensity of this fluorescence is about the same as that of the conventional P47 phosphor!
  • this luminous body has a response speed and a luminous intensity sufficient for adaptation to a scanning electron microscope or a mass spectrometer.
  • the cap layer contributes to the improvement of the residual ratio of light emission in the nitride semiconductor layer, the light-emitting body also realizes an excellent residual ratio that is not only high-speed response and high light emission intensity.
  • the residual rate is a value indicating the degree of residual light emission intensity after a lapse of a predetermined time, and is expressed, for example, as a percentage obtained by dividing the light emission intensity after a lapse of a predetermined time by the original light emission intensity.
  • the well width power of the quantum well structure is preferably not more than nm. In this case, it is possible to obtain a luminous body which emits more fluorescence than a desired luminescence amount.
  • the thickness of the cap layer is preferably lOnm or less. In this case, the cap layer The light emission component of light is reduced, and the response speed of the entire light emitter is improved.
  • the nitride semiconductor layer is composed of InGaN and GaN
  • the cap layer is composed of AlGaN.
  • the cap layer is made of a material having a larger band gap energy than the constituent material of the nitride semiconductor layer.
  • the apparatus further includes a reflective film laminated on the cap layer.
  • the reflection film further improves the residual ratio.
  • the thickness of the reflection film is 800 nm or more. In this case, a better survival rate can be obtained.
  • An electron beam detector according to the present invention is characterized by comprising the above-mentioned luminous body and a photodetector having sensitivity to the fluorescence emitted by the luminous body.
  • the measurement of the electron beam is performed by the above-described fluorescence emitted from the luminous body incident on the light incident surface of the photodetector.
  • the measurement of the electron beam is performed by the fluorescence having the necessary and sufficient response speed and emission intensity.
  • the luminous body has an excellent residual ratio, the life characteristics of this electron detector are significantly improved.
  • this electron beam detector in a scanning electron microscope or a mass spectrometer, the performance of these microscopes and the like can be improved.
  • a scanning electron microscope includes an electron beam detector including the luminous body and a photodetector having sensitivity to the fluorescence emitted by the luminous body.
  • a vacuum chamber is provided, and the electron beam scans the surface of the sample placed in the vacuum chamber to guide the secondary electrons generated from the sample to the electron beam detector and scan the sample. It is characterized in that an image of the sample is taken by associating the position with the output of the electron beam detector.
  • a mass spectrometer includes an electron beam detector including the luminous body, and a photodetector having sensitivity to fluorescence emitted from the luminous body, and at least the luminous body is disposed inside.
  • a luminous body having a high response speed and a high luminous intensity and an electron beam detector, a scanning electron microscope, and a mass spectrometer using the luminous body are provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a luminous body according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing the response characteristics of a light emitter having a quantum well structure of InGaNZGaN.
  • FIG. 3 is a graph comparing the light emission amounts of a light emitter having a quantum well structure of InGaNZGaN and a conventional light emitter.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the metal back layer thickness and the residual ratio at various cap layer thicknesses.
  • FIG. 5 is a graph showing a relationship between a well width and a light emission amount of a luminescent material having a quantum well structure of InGaNZGaN.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing an electron beam detector according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a scanning electron microscope using the electron beam detector of FIG.
  • FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a mass spectrometer using the electron beam detector of FIG. 5.
  • FIG. 9 is a table showing various characteristics of a conventional phosphor.
  • a luminous body according to the present invention and an electron beam detector, a scanning electron microscope and a mass spectrometer using the luminous body, which are considered to be the best modes for carrying out, will be described in detail. explain. Note that the same or equivalent elements are denoted by the same reference numerals, and a description thereof will be omitted if the description is duplicated.
  • the luminous body 10 includes a substrate 12, a nitride semiconductor layer 14 formed on a substrate surface 12a, a cap layer 16 and a metal bus sequentially laminated on the nitride semiconductor layer 14.
  • the electrons are attracted to the metal back layer 18 by the positive potential applied to the metal back layer 18. Since the metal back layer 18 has a thickness through which electrons can pass, electrons enter the interface (electron incident surface) between the metal back layer 18 and the cap layer 16 and travel inside.
  • the material of the substrate 12 is an insulator having a very large band gap energy, and is made of transparent sapphire (alumina: Al 2 O 3) having a low absorptivity of light having a wavelength of 170 ⁇ m or more.
  • the insulating substrate 12 has a property of transmitting light having a wavelength of about 170 nm or more.
  • the nitride semiconductor layer 14 has a three-layer structure, and the InGaN (0 ⁇ x ⁇ x1-x
  • a buffer layer 14A, a Si-doped GaN layer 14B, and a quantum well structure layer 14C of InGaNZGaN are stacked in this order.
  • the quantum well structure layer 14C of InGaNZGaN is a layer having a quantum well structure composed of InGaN and GaN, and emits fluorescence having a wavelength of about 415 nm when irradiated with an electron beam. That is, when an electron beam is incident so as to reach the quantum well structure 14C, a pair of an electron and a hole is formed, and fluorescence is emitted in the process of recombination in the quantum well.
  • the "quantum well structure” includes a general quantum well structure, a quantum wire structure, and a quantum dot structure.
  • a “nitride semiconductor” is a compound containing at least one of Ga, In, and A1 as a Group IV element and containing N as a main Group V element.
  • FIG. 2 is a graph showing a light emission response characteristic of a light emitting body having a quantum well structure of InGaNZGaN.
  • a response characteristic of a conventional GaN light emitting body having a Balta structure is also shown in the same graph.
  • the horizontal axis of the graph in FIG. 2 is time (sec), and the vertical axis represents the magnitude (arbitrary constant) of the response output when a pulsed electron beam is incident near time 0.
  • the response characteristics of the quantum well structure layer 14C of InGaNZGaN show from this graph that the response speed SI (width of the slope of the graph) of the luminous body having the quantum well structure of InGaN / GaN is nsec order, It can be seen that the response speed S2 of the GaN phosphor with the Balta structure is on the order of 10 sec.
  • the light emitting device having the quantum well structure of InGaN / ZGaN has a faster response speed than the GaN light emitting device of the Balta structure. This is probably because deep-level light emission is dominant in the GaN light emitters.
  • the amount of fluorescence emitted from the luminous body having the quantum well structure of InGaNZGaN was measured and compared with the luminous amount (arbitrary unit) of the conventional luminous body (see FIG. 3).
  • the light emission quantity of the light emitting element having a quantum well structure I NGaNZGaN about 7. 20 X 10 12 on the average
  • the light emission amount of the GaN emitters Bruno Lek structure approximately an average 4. 81 X 10 12
  • the light emission amount is considerably larger than that of the light emission amount of the P47 light emitter having a large light emission amount.
  • the emission intensity is nearly 100 times higher than the emission amount (9.8 ⁇ 10 1 C> ) of the GaAsP light emitter that can obtain good response characteristics.
  • the cap layer 16 of the light emitting body 10 has a thickness of lOnm and is made of AlGa_N (0 ⁇ X ⁇ 1).
  • This AlGaN constituting the cap layer 16 has a larger band gap energy than InGaN and GaN constituting the quantum well structure layer 14C of InGaNZGaN. Therefore, the electron-hole pairs generated in the quantum well structure layer 14C are efficiently guided to the quantum well. That is, the adoption of the cap layer 16 allows the quantum well structure to be formed. Recombination of electrons and holes in the layer 14C is likely to occur. Therefore, the luminance (light emission amount) is significantly improved as compared with the conventional light-emitting body without the cap layer 16.
  • the present inventors have made intensive studies that, by making the cap layer 16 thin, the light emission component (light emission component at around 550 nm) of the light emitted from the cap layer can be significantly reduced, and the response of the light emitter as a whole can be reduced. It has been found that speed is improved. Therefore, it is preferable that the thickness of the cap layer 16 be lOnm or less.
  • the metal back layer 18 has a thickness of 800 nm and is made of A1. By the metal back layer 18, the remaining ratio of the light emitting body 10 is further improved.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the metal back layer thickness (nm) and the residual ratio (percentage obtained by dividing the emission intensity after 8 hours by the original emission intensity) at various cap layer thicknesses. From this graph, it can be seen that the thicker the metal back layer, the higher the residual ratio tends to be. It can be seen that when the metal back layer thickness is 800 nm or more, the residual ratio is significantly increased. That is, the thickness of the metal back layer 18 is preferably 800 nm or more. In particular, when the cap layer 16 is lOnm and the metal back layer 18 is 800 nm, both high-speed response and high residual ratio (about 90%) can be achieved.
  • a light-emitting device having a quantum well structure of InGaNZGaN has a higher response speed than a conventional GaN substrate having a Balta structure. It was also found that the light emission (emission intensity) of a luminous body having a quantum well structure of InGaNZGaN is larger (or equivalent) than that of a conventional GaN luminous body or a P47 phosphor having a Balta structure. . Both the response speed and the luminous intensity of the luminous body having the quantum well structure of InGaNZGaN are values sufficient for use in a scanning electron microscope or a mass spectrometer.
  • the luminous body 10 including the nitride semiconductor layer 14 having the quantum well structure layer 14C of InGaNZGaN is used for a scanning electron microscope or a mass spectrometer. It can be said that the light-emitting body is more preferable than the conventional phosphor. Further, the adoption of the cap layer 16 and the metal back layer 18 enables the light emitting body 10 to achieve an excellent residual ratio.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the well width of the quantum well structure of InGaNZGaN of the nitride semiconductor layer 14 and the light emission intensity.
  • the horizontal axis of the graph in FIG. 5 is the well width (nm), and the vertical axis is the light emission amount (arbitrary unit) when a predetermined amount of electron beam is irradiated.
  • the well width is 6nm while the light emission amount is less than 1 X 10 1 2, if the well width is 4nm or less it is understood that the light emission amount are both 1 X 10 12 or more . That is, by setting the well width of the quantum well structure to 4 nm or less, the light emission amount becomes 1 ⁇ 10 12 or more, and more practically suitable fluorescent light can be obtained from the light emitting body 10.
  • the materials shown in Table 1 have relatively short transmission wavelengths, and there are materials (for example, A1N) that transmit all light in the visible light region.
  • the materials of the quantum well structure layer 14C are InAlGa ⁇ _N (x ⁇ l, y ⁇ l, x + y ⁇ l) and InAlGaN (a ⁇ 1, b ⁇ 1, a ab 1— a— b with quantum well structure, which is also composed of + b ⁇ 1)
  • the wavelength of the fluorescence emitted from the quantum well structure layer 14C must be longer than the transmission wavelength of the substrate 12. . That is, by selecting a substrate material having a transmission wavelength shorter than the wavelength of the fluorescent light emitted by the quantum well structure layer 14C, or by selecting a material of the quantum well structure layer 14C that emits a fluorescent light having a wavelength longer than the transmission wavelength of the substrate 12. The fluorescent light is emitted from the back surface 12b of the substrate.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • the thickness of the quantum well structure layer 14C of the InGaNZGaN (well width) is 2 nm, the number of wells with a barrier layer lOnm is 11, the well layer and the barrier layer 1. doped with Si of 8 X 10 18 cm_ 3 I have.
  • the number of wells is not limited to 11, and may be adjusted as appropriate according to the acceleration voltage of the incident electron beam.
  • the thickness of the barrier layer is not limited to lOnm, and may be any thickness as long as electrons can be sufficiently confined in the well layer.
  • the cap layer 16 is stacked on the quantum well structure layer 14 C in the metal organic chemical vapor deposition apparatus. Thereafter, the substrate is moved into a vapor deposition apparatus, and the metal back layer 18 is laminated on the cap layer 16, thereby completing the production of the light emitting body 10.
  • Trimethyl indium (In (CH): TMIn) was used as the source, and monosilane (SiH) was used as the Si source.
  • organometallic raw materials for example, triethyl gallium (Ga (C H): TEGa),
  • each growth temperature is not limited to the above-mentioned temperature because it depends on the apparatus used for the test.
  • the buffer layer 14A includes at least one of In, Al, and Ga as Group III elements, and includes N as the main Group V element. It can be selected as appropriate.
  • the thickness of each layer and the Si doping amount are not limited to the amounts shown in the above-described examples, but the above-mentioned amounts are more preferable.
  • the GaN layer 14B is laminated on the buffer layer 14A.
  • at least one of In, Al, and Ga is included as a group III element, and N is mainly included as a group V element.
  • a nitride semiconductor having a band gap that is transparent to the emission wavelength of the quantum well structure 14C can be appropriately selected.
  • the GaN layer 14B and the quantum well structure layer 14C of InGaN ZGaN are doped with Si. The force is not limited to this, and other impurities (eg, Mg) may be dropped. If necessary, doping may not be performed.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view of the electron beam detector 20.
  • a light emitter 10 for converting incident electrons into fluorescence and a light incident surface I of the photodetector 30 are optically connected via an optical member (light guide member) 22.
  • the light emitter 10 and the light detector 30 are physically connected via the optical member 22, and are integrated.
  • an optical member 22 made of a material having a fluorescence transmitting property is attached to the light incident surface I, and the luminous body 10 is attached to the optical member 22.
  • the light guide member 22 may be a light guide such as an optical fiber plate (FOP).
  • the light guide member 22 may be a lens that condenses the fluorescence generated in the light emitter 10 on the light incident surface I.
  • a fluorescent transmissive adhesive layer (adhesive: resin) AD2 is interposed, and the optical member 22 and the photodetector 30 are separated by the adhesive layer AD2. The relative position between is fixed.
  • the optical member 22 is a glass plate, and the SiN layer ADa and the The SiO layer ADb is formed, and the SiO layer ADb and the glass plate of the optical member 22 are fused.
  • both the SiO layer ADb and the glass plate are made of silicon dioxide, they are heated to form
  • the SiOb layer ADb is formed on the SiN layer ADa by using a sputtering method or the like.
  • the SiN layer ADa is also formed on the surface of the luminous body 10 by a sputtering method or the like. Since these bonding forces are also high, the adhesive layer AD1 eventually adheres the luminous body 10 to the optical member 22. Further, the SiN layer ADa also functions as an antireflection film, and the SiN layer ADa suppresses the fluorescence generated in the light emitter 10 in response to the incidence of the electron beam from being reflected toward the light emitter 10.
  • the refractive index of each of the adhesive layers AD1 and AD2 as a whole is 1.5.
  • the fluorescence generated in the luminous body 10 in response to the incidence of the electron beam passes through the optical member through the adhesive layer AD1 made of a fluorescent material. 2 and sequentially passes through the optical member 2 and the adhesive layer AD2 to reach the light incident surface I of the photodetector 30.
  • the photodetector 30 shown in this example is a photomultiplier tube.
  • the photodetector 30 is a vacuum vessel comprising a metal side tube 30a, a light incident window (face plate) 30b for closing an opening at the top of the side tube 30a, and a stem plate 30c for closing an opening at the bottom of the side tube 30a. It has.
  • a photocathode 30d formed on the inner surface of the light entrance window 30b, an electron multiplier 30e, and an anode A are arranged.
  • the light incident surface I is the outer surface of the light incident window 30b, and the fluorescent light incident on the light incident surface I passes through the light incident window 30b and is incident on the photocathode 30d.
  • Photoelectric conversion is performed according to the incidence, and (photo) electrons are emitted toward the inside of the vacuum vessel.
  • the electrons are multiplied by an electron multiplier 30e composed of a microchannel plate or a mesh-type dynode, and collected at the anode A.
  • the electrons collected by the anode A are extracted to the outside of the photodetector 30 through the pins 30p penetrating the stem plate 30c.
  • the number of pins 30p is plural, and a predetermined potential is applied to the electron multiplier 30e via each pin 30p.
  • the potential of the metal side tube 30a is 0 V, and the photocathode 30d is electrically connected to the side tube 30a.
  • the electron beam detector 20 In the electron beam detector 20 described above, a scanning electron microscope or a mass spectrometer. Since the light emitter 10 has a response speed and a light emission intensity sufficient for adaptation to the device and has an excellent residual ratio, a high-speed response and excellent life characteristics are realized.
  • the electron beam detector 20 can be used for a scanning electron microscope (SEM) or a mass spectrometer.
  • FIG. 7 is a schematic explanatory view of a main part of the scanning electron microscope.
  • the scanning electron microscope includes the electron beam detector 20 described above.
  • the electron beam el When the electron beam el is irradiated on the sample SM and the surface of the sample SM is scanned with the electron beam el, secondary electrons are emitted from the surface of the sample SM, and the secondary electrons are emitted to the electron beam detector 20 as an electron beam e2. Be guided.
  • An electric signal is output from the pin 30p according to the incidence of the electron beam e2.
  • this scanning electron microscope includes at least the luminous body 10 of the electron beam detector 20 in a vacuum chamber (not shown), and is provided on the surface of the sample SM arranged in the vacuum chamber. Is scanned with an electron beam el to guide the secondary electrons generated from the sample SM to the electron beam detector 20, and the scanning position of the electron beam e1 and the output of the electron beam detector 20 are synchronized and associated with each other. This is a device that captures an image of the sample SM.
  • this scanning electron microscope employing the electron beam microscope 20 since the response speed of the luminous body 10 of the electron beam detector 20 is as high as the order of nsec, the scanning speed can be remarkably improved. It is. Further, since the luminous body 10 has an excellent residual ratio, the performance such as the life characteristic of the scanning electron microscope is significantly improved.
  • FIG. 8 is a schematic explanatory view of a main part of the mass spectrometer.
  • the mass spectrometer includes the electron beam detector 20 described above. Positive ions located in the separation part AZ give an appropriate potential to the aperture AP and apply a negative potential to the first dynode DY1 located on the opposite side of the separation part AZ with respect to the aperture AP. , Aperture—collides with the first dynode DY1 after passing through the AP, and secondary electrons are emitted from the surface of the first dynode DY1 with the collision, and this is led to the electron beam detector 20 as an electron beam e3. .
  • the separation unit AZ is a flight tube
  • ions have different transit times inside the flight tube according to their masses, and consequently arrive at the dynodes DY1 or DY2 differently.
  • the mass of each ion can be determined. That is, this current value indicates the amount of ions of each mass for each time.
  • the mass spectrometer includes a vacuum chamber (not shown) in which at least the compound semiconductor substrate 1 of the electron beam detector 20 is disposed, and a sample (not shown) in the vacuum chamber. ), And dynodes DY1 and DY2 to irradiate the ions separated by the separation section AZ with the dynodes DY1 and DY2.
  • the secondary electrons e3 generated from the dynodes DY1 and DY2 in response to the incident ions are guided to the electron beam detector 20, and the mass spectrometry of the sample is performed from the output of the electron beam detector 20.
  • the mass spectrometer employing the electron beam microscope 20 since the response speed of the light emitter 10 of the electron beam detector 20 is as high as the order of nsec, the mass resolution can be remarkably improved. is there. Further, since the luminous body 10 has an excellent residual ratio, the performance such as the life characteristics is significantly improved in this mass spectrometer.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.
  • the nitride semiconductor layer 14 has a quantum well structure even though a part thereof has a quantum well structure. It may be a door structure.
  • the photodetector 30 may be, for example, an avalanche photodiode (APD) other than the photomultiplier tube.
  • the optical member 22 is not limited to a linear shape, but may have a curved shape, and the size may be appropriately changed.
  • the present invention can be used for a luminous body that emits light by the incidence of electrons, and an electron beam detector, a scanning electron microscope, and a mass spectrometer using the same.

Abstract

　応答速度が速く、且つ発光強度が高い発光体と、これを用いた電子線検出器、走査型電子顕微鏡及び質量分析装置を提供する。本発明に係る発光体１０においては、基板１２の一方の面１２ａに形成された窒化物半導体層１４が電子の入射により蛍光を発すると、少なくともこの蛍光の一部は基板１２を透過し、基板の他方の面１２ｂから蛍光を出射する。この蛍光の応答速度はμｓｅｃオーダー以下である。また、この蛍光の発光強度は、従来のＰ４７蛍光体と同程度の強度が得られている。すなわち、この発光体１０は、走査型電子顕微鏡や質量分析装置への適応に十分な応答速度及び発光強度を有している。その上、キャップ層１６が窒化物半導体層１４における発光の残存率の向上に寄与するため、この発光体１０においては、高速応答及び高発光強度だけでなく、優れた残存率も実現されている。

Description

発光体と、これを用いた電子線検出器、走査型電子顕微鏡及び質量分 祈装置
技術分野
[0001] 本発明は、電子の入射により発光する発光体と、これを用いた電子線検出器、走査 型電子顕微鏡及び質量分析装置に関するものである。
背景技術
[0002] 従来の電子線検出器は、強度の高!、電子線を計測する場合は、電子線による電流 値を計測して電子線の検出をおこなって 、るが、比較的低 、強度の電子線を計測す る場合は、電子線による電荷量が少ないのでうまく電子線を検出することができない 。そこで、例えば、走査型電子顕微鏡 (SEM)に用いられる電子線検出器の場合、 試料面に電子線を照射し、当該試料面で発生した二次電子を収集して蛍光体に照 射し、この蛍光体で発生した蛍光を光電子増倍管 (光検出器)で計測している。この ような蛍光体としては、図 9に示すような種々の蛍光体が知られており、同表には蛍 光体、応答速度、発光強度、寿命特性、発光波長、蛍光の検出器の材料 (光電面） が記載されている。同表内の二重丸、丸、三角、バッは、この順番で優れていること を示す。
[0003] 近年、走査型電子顕微鏡や質量分析装置の分野において、発光強度が強ぐ且 つ応答速度の速い蛍光体が要求されている。なぜなら、例えば、走査型電子顕微鏡 にお!/、ては、蛍光体の応答速度が速 、とそれによって走査速度を速くすることができ 、装置の性能を著しく向上させることができるからである。
特許文献 1：国際公開第 02Z061458号パンフレット
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] しかしながら、図 9に示す従来の蛍光体では、走査型電子顕微鏡や質量分析装置 への適応に十分な応答速度 secオーダー）を得ることが困難であるという問題が あった。なお、良好な応答速度が得られる数少ない蛍光体のうち、 GaAsP発光体は 、発光強度が低いため、走査型電子顕微鏡等への適応には不向きであった。
[0005] そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、応答速度が速く 、且つ発光強度が高い発光体と、これを用いた電子線検出器、走査型電子顕微鏡 及び質量分析装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0006] 本発明に係る発光体は、電子の入射に応じて蛍光を発生する発光体にお!ヽて、基 板と、基板の一方の面上に形成され量子井戸構造を有する窒化物半導体層と、窒 化物半導体層上に形成され電子入射面を有するキャップ層とを備える。すなわち、こ の発光体は入射する電子を蛍光に変換する発光体であり、この蛍光に対して透明な 基板と、基板の一方の面に形成され、電子の入射により蛍光を発する量子井戸構造 を有する窒化物半導体層と、窒化物半導体層上に積層され、窒化物半導体層の構 成材料よりもバンドギャップエネルギの大きな材料で構成されたキャップ層とを備える
[0007] この発光体においては、基板の一方の面に形成された窒化物半導体層が電子の 入射により蛍光を発すると、少なくともこの蛍光の一部は基板を透過し、基板の他方 の面から蛍光を出射する。この蛍光は、窒化物半導体層の量子井戸構造への電子 の入射と、これにより生成された電子と正孔の対の再結合に起因するものであり、そ の応答速度は secオーダー以下である。また、この蛍光の発光強度は、従来の P4 7蛍光体と同程度の強度が得られて!/ヽる。
[0008] すなわち、この発光体は、走査型電子顕微鏡や質量分析装置への適応に十分な 応答速度及び発光強度を有している。その上、キャップ層が窒化物半導体層におけ る発光の残存率の向上に寄与するため、この発光体においては、高速応答及び高 発光強度だけでなぐ優れた残存率も実現されている。なお、残存率とは、所定時間 経過後の発光強度の残存の程度を示す値であり、例えば、所定時間経過後の発光 強度を元の発光強度で割った百分率で表される。
[0009] また、量子井戸構造の井戸幅力 nm以下であることが好ま 、。この場合、所望の 発光量以上の蛍光を発する発光体を得ることができる。
[0010] また、キャップ層の厚さが lOnm以下であることが好ましい。この場合、キャップ層発 光の発光成分が減少し、発光体全体としての応答速度が向上する。
[0011] また、窒化物半導体層が InGaN及び GaNで構成されており、キャップ層が AlGaN で構成されていることが好ましい。この場合、キャップ層が、窒化物半導体層の構成 材料よりもバンドギャップエネルギの大きな材料で構成される。
[0012] また、キャップ層上に積層された反射膜をさらに備えることが好ましい。この場合、こ の反射膜によって、さらなる残存率の向上が図られる。
[0013] また、反射膜の厚さが 800nm以上であることが好ま 、。この場合、より優れた残 存率を得ることができる。
[0014] 本発明に係る電子線検出器は、上記発光体と、この発光体が発する蛍光に対して 感度を有する光検出器とを備えることを特徴とする。
[0015] この電子線検出器においては、上述した発光体力 発せられる蛍光が光検出器の 光入射面に入射することで、電子線の計測がおこなわれる。すなわち、必要十分な 応答速度及び発光強度の蛍光によって電子線の計測がおこなわれる。また、発光体 が優れた残存率を有するため、この電子検出器においては寿命特性が有意に向上 している。また、この電子線検出器を走査型電子顕微鏡や質量分析装置に用いるこ とで、これら顕微鏡等の性能向上が図られる。
[0016] 本発明に係る走査型電子顕微鏡は、上記発光体と、この発光体が発する蛍光に対 して感度を有する光検出器とを備えた電子線検出器と、少なくとも発光体が内部に設 置された真空チャンバとを備え、真空チャンバ内に配置された試料の表面上を電子 線で走査することにより、試料カゝら発生した二次電子を電子線検出器に導き、試料の 走査位置と電子線検出器の出力とを対応づけることにより試料の像を撮影することを 特徴とする。
[0017] 本発明に係る質量分析装置は、上記発光体と、この発光体が発する蛍光に対して 感度を有する光検出器とを備えた電子線検出器と、少なくとも発光体が内部に配置 される真空チャンバと、真空チャンバ内の試料力 発生したイオンをその質量に応じ て空間的又は時間的に分離する分離部と、前記分離部で分離されたイオンが照射さ れるダイノードとを備え、ダイノードへのイオンの入射に応じてダイノードから発生する 二次電子を電子線検出器に導き、電子線検出器の出力から試料の質量分析を行う ことを特徴とする。
発明の効果
[0018] 本発明によれば、応答速度が速ぐ且つ発光強度が高い発光体と、これを用いた 電子線検出器、走査型電子顕微鏡及び質量分析装置が提供される。
図面の簡単な説明
[0019] [図 1]図 1は本発明の実施形態に係る発光体を示した断面図である。
[図 2]図 2は InGaNZGaNの量子井戸構造を有する発光体の応答特性を示したダラ フである。
[図 3]図 3は InGaNZGaNの量子井戸構造を有する発光体と従来の発光体との発光 量を比較したグラフである。
[図 4]図 4は種々のキャップ層厚における、メタルバック層厚と残存率との関係を示し たグラフである。
[図 5]図 5は InGaNZGaNの量子井戸構造を有する発光体の井戸幅と発光量との関 係を示したグラフである。
[図 6]図 6は本発明の実施形態に係る電子線検出器を示した縦断面図である。
[図 7]図 7は図 5の電子線検出器を用いた走査型電子顕微鏡を示した概略構成図で ある。
[図 8]図 8は図 5の電子線検出器を用いた質量分析装置を示した概略構成図である [図 9]図 9は従来の蛍光体の諸特性を示した表である。
符号の説明
[0020] 10 発光体
12 基板
14 窒化物半導体層
16 キャップ層
18 メタルバック層
20 電子線検出器
22 光学部材
30 光検出器 AZ 分離部
DY1, DY2 ダイノード
el, e2, e3 電子線
I 光入射面
SM 試料
発明を実施するための最良の形態
[0021] 以下、添付図面を参照して本発明に係る発光体と、これを用いた電子線検出器、 走査型電子顕微鏡及び質量分析装置を実施するにあたり最良と思われる形態につ いて詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説 明が重複する場合にはその説明を省略する。
[0022] 図 1に示すように、発光体 10は、基板 12と、基板表面 12a上に形成された窒化物 半導体層 14と、窒化物半導体層 14上に順次積層されたキャップ層 16及びメタルバ ック層（反射膜） 18とで構成されている。メタルバック層 18に印加された正電位に引 かれて、電子がメタルバック層 18に入射する。メタルバック層 18は、電子が透過でき る厚さを有しているので、メタルバック層 18とキャップ層 16との界面（電子入射面）に 電子は入射し、内部へと進行する。
[0023] 基板 12の材料は、バンドギャップエネルギが非常に大きい絶縁体であって、 170η m以上の波長の光の吸収率が低い透明なサファイア（アルミナ: Al O )からなる。す
2 3
なわち、絶縁基板 12は、およそ 170nm以上の波長の光を透過する性質を有してい る。窒化物半導体層 14は 3層構造を有しており、基板 12側から、 In Ga N (0≤x≤ x 1-x
1)バッファ層 14A、 Siをドープした GaN層 14B、 InGaNZGaNの量子井戸構造層 14Cの順に積層されている。この InGaNZGaNの量子井戸構造層 14Cとは、 InGa Nと GaNとで構成された量子井戸構造を有する層であり、電子線が照射されると 415 nm前後の波長の蛍光を発する。すなわち、電子線を量子井戸構造 14Cに届くように 入射すると電子と正孔の対が形成され、これが量子井戸内で再結合する過程で蛍光 が発せられる。
[0024] そして、 170nmより長波長であるこの蛍光の少なくとも一部は、基板 12を透過して 、基板表面 12aの裏面 (基板裏面） 12bから出射される。なお、本明細書中において 、「量子井戸構造」とは、一般的な量子井戸構造の他、量子細線構造、量子ドット構 造をも含むものとする。また、本明細書中において、「窒化物半導体」とは、 ΠΙ族元素 として Ga、 In、 A1のうちの少なくとも 1つを含み、主たる V族元素として Nを含む化合 物である。
[0025] 次に、窒化物半導体層 14の量子井戸構造層 14Cについて説明する。ここで図 2は 、 InGaNZGaNの量子井戸構造を有する発光体の発光の応答特性を示したグラフ であり、比較のために従来のバルタ構造の GaN発光体の応答特性も同グラフに示す 。なお、図 2のグラフの横軸は時間（ sec)であり、縦軸は時間 0付近でパルス状の 電子線を入射した場合における応答出力の大きさ (任意定数)を示している。
[0026] InGaNZGaNの量子井戸構造層 14Cの応答特性は、このグラフから、 InGaN/ GaNの量子井戸構造を有する発光体の応答速度 SI (グラフの傾きの幅）は nsecォ ーダ一であり、バルタ構造の GaN発光体の応答速度 S2は 10 secオーダーである ことがわかる。このように、 InGaNZGaNの量子井戸構造を有する発光体力 バルタ 構造の GaN発光体よりも応答速度が速くなるのは、 InGaNZGaN量子井戸構造を 有する発光体ではバンド間の発光が支配的であり、バルタ構造の GaN発光体では ディープレベルの発光が支配的であるためであると考えられる。
[0027] また、 InGaNZGaNの量子井戸構造を有する発光体から出射される蛍光の発光 量を測定し、従来の発光体の発光量 (任意単位)と比較した（図 3参照)。その結果、 I nGaNZGaNの量子井戸構造を有する発光体の発光量（平均で約 7. 20 X 1012)は 、 ノ レク構造の GaN発光体の発光量 (平均で約 4. 81 X 1012)に比べてかなり大きく 、発光量の大きな P47発光体の発光量と同程度であることがわかる。また、良好な応 答特性が得られる GaAsP発光体の発光量（9. 8 X 101C>)と比べると、 100倍近い発 光強度であることがわかる。
[0028] 図 1に戻って、発光体 10のキャップ層 16は、厚さが lOnmであり、 Al Ga _ N (0< Xく 1)で構成されている。キャップ層 16を構成するこの AlGaNは、 InGaNZGaNの 量子井戸構造層 14Cを構成する InGaN及び GaNよりも大きなバンドギャップェネル ギを有する。そのため、量子井戸構造層 14Cで生成された電子と正孔の対は、効率 よく量子井戸へと導かれる。すなわち、このキャップ層 16の採用により、量子井戸構 造層 14Cにおける電子と正孔との再結合が生じやすくなる。そのため、キャップ層 16 がない従来の発光体に比べて、輝度 (発光量)が有意に向上する。
[0029] また、量子井戸構造層 14Cで生成された電子と正孔の対が効率よく量子井戸へと 導かれることに伴い、電子と正孔との再結合の持続時間が延長される。そのため、発 光体 10は、キャップ層 16がない従来の発光体に比べて発光強度が持続する。すな わち、発光体 10では、所定時間経過後の発光強度の残存の程度を示す値である残 存率が向上している。さらに、発明者らは、鋭意研究の末、このキャップ層 16を薄く することで、キャップ層発光の発光成分（550nm付近の発光成分）を有意に減少さ せることができ、発光体全体として応答速度が向上することを見出した。そのため、キ ヤップ層 16の厚さは lOnm以下にすることが好ましい。
[0030] メタルバック層 18は、厚さが 800nmであり、 A1で構成されている。このメタルバック 層 18によって、発光体 10のさらなる残存率の向上が図られている。
[0031] ここで、キャップ層厚とメタルバック層厚との関係について、図 4を参照しつつ説明 する。図 4は、種々のキャップ層厚における、メタルバック層厚 (nm)と残存率（8時間 経過後の発光強度を元の発光強度で割った百分率）との関係を示したグラフである。 このグラフから、メタルバック層厚が厚いほど、残存率が向上する傾向にあることがわ かる。そして、メタルバック層厚が 800nm以上である場合に、顕著に残存率が上昇し ていることがわかる。すなわち、メタルバック層 18の厚さは 800nm以上であることが 好ましい。特に、キャップ層 16が lOnmで、メタルバック層 18が 800nmである場合に は、高速応答と高残存率 (約 90%)とを両立することができる。
[0032] 以上で説明したように、発明者らは、 InGaNZGaNの量子井戸構造を有する発光 体にぉ 、ては、従来のバルタ構造の GaN基板よりも応答速度が速くなることを見出し た。また、 InGaNZGaNの量子井戸構造を有する発光体の発光量 (発光強度）は、 従来のバルタ構造の GaN発光体や P47蛍光体の発光量に比べて大きい (もしくは同 等である）ことを見出した。そして、 InGaNZGaNの量子井戸構造を有する発光体の 応答速度及び発光強度はいずれも、走査型電子顕微鏡や質量分析装置に用いる のに十分な値である。すなわち、 InGaNZGaNの量子井戸構造層 14Cを有する窒 化物半導体層 14を備えた発光体 10は、走査型電子顕微鏡や質量分析装置に用い る発光体として、従来の蛍光体よりも好適な発光体であるといえる。また、キャップ層 1 6及びメタルバック層 18の採用により、発光体 10は、優れた残存率が実現されている
[0033] なお、窒化物半導体層 14の InGaNZGaNの量子井戸構造にぉ 、て、量子井戸 の井戸幅は 4nm以下であることが好ましい。ここで、窒化物半導体層 14の InGaNZ GaNの量子井戸構造の井戸幅と発光強度との関係を示すグラフを図 5に示す。図 5 のグラフの横軸は井戸幅 (nm)であり、縦軸は所定量の電子線を照射した場合にお ける発光量 (任意単位)である。この図から、井戸幅が 6nmの場合は発光量が 1 X 10 12より小さいのに対し、井戸幅が 4nm以下の場合は発光量がいずれも 1 X 1012以上 となっていることがわかる。すなわち、量子井戸構造の井戸幅を 4nm以下にすること で発光量が 1 X 1012以上となり、発光体 10からより実用に好適な蛍光を得ることがで きる。
[0034] また、基板 12と量子井戸構造層 14Cの材料の組み合わせは、サファイアと InGaN ZGaNの量子井戸構造以外にも種々の組み合わせが可能であり、以下その組み合 わせについて説明する。表 1に、基板 12の材料に適した基板を示す。
[表 1]
Figure imgf000010_0001
[0035] 表 1に示した材料は、比較的透過波長が短!、材料であり、可視光領域の全ての光 を透過する材料 (例えば、 A1N)もある。 [0036] また、量子井戸構造層 14Cの材料は、 In Al Ga^ _ N (x≤l、 y≤l、 x+y≤l)と In Al Ga N (a≤ 1、 b≤ 1、 a+b≤ 1)と力も構成される、量子井戸構造を有する a b 1— a— b
窒化物半導体から適宜選択可能である。そのため、上述した量子井戸構造層 14C (I nGaNZGaNの組み合わせ）以外にも、例えば、 InGaNZAlGaNや、 InGaNZln GaN、 GaNZAlGaN等の組み合わせが可能である。
[0037] 以上で説明した基板材料と量子井戸構造層の材料との組み合わせにお!/ヽては、 量子井戸構造層 14Cが発する蛍光の波長が、基板 12の透過波長よりも長くなけれ ばならない。すなわち、量子井戸構造層 14Cが発する蛍光の波長より短い透過波長 の基板材料を選択するか、基板 12の透過波長より長い波長の蛍光を発する量子井 戸構造層 14Cの材料を選択することで、蛍光を基板裏面 12bから出射する。
[0038] 次に、上述した発光体 10を作製する方法について説明する。
[0039] 発光体 10を作製するにあたり、まず、サファイア基板 12を有機金属気相成長 (MO CVD)装置の成長室に導入して、水素雰囲気中、 1050°Cで 5分間熱処理をおこな い、サファイア基板表面 12aを清浄ィ匕する。そして、基板温度を 475°Cまで降温し、 I nGaNバッファ層 14Aを 25nm堆積した後、基板温度を 1075°Cまで昇温し、 GaN層 14Bを 2. 5 μ m成長させる。その後、基板温度を 800°Cまで降温し、 In Ga _ N (x =0. 13) ZGaNの量子井戸構造層 14Cを形成する。この InGaNZGaNの量子井 戸構造層 14Cの厚さ（井戸幅）は 2nm、障壁層 lOnmで井戸数は 11であり、井戸層 および障壁層に 1. 8 X 1018cm_3の Siをドープしている。なお、井戸数は 11に限ら ず、入射させる電子線の加速電圧により適宜調整してもよい。また、障壁層の厚さは lOnmに限らず、井戸層に電子を十分に閉じ込められる厚さであればよい。
[0040] そして、有機金属気相成長装置内で、量子井戸構造層 14C上にキャップ層 16を積 層する。その後、蒸着装置内に移して、キャップ層 16上にメタルバック層 18を積層す ることにより、発光体 10の作製が完了する。
[0041] なお、上述した例においては、 Ga源にトリメチルガリウム（Ga (CH ) ： TMGa)、 In
3 3
源にトリメチルインジウム（In (CH ) ： TMIn)、 Si源にモノシラン（SiH )を用いたが、
3 3 4
他の有機金属原料 (例えば、トリェチルガリウム (Ga (C H ) ： TEGa)、トリェチルイ
2 5 3
ンジゥム (In (C H ) ： TEIn)等)及び他の水素化物（例えば、ジシラン（Si H )等）を 用いてもよい。
[0042] なお、上述した例では、有機金属気相成長装置を用いた例を示したが、ハイドライ ド気相成長 (HVPE)装置や分子線ェピタキシ (MBE)装置を用いてもよい。また、各 成長温度は、試験に用いた装置に依存するため、上述の温度に限定されるものでは ない。さらに、バッファ層 14Aとして InGaNを用いた例を示した力 バッファ層 14Aは 、 III族元素として In、 Al、 Gaの少なくとも 1つ以上を含み、主たる V族元素として Nを 含む窒化物半導体材料力 適宜選択可能である。
[0043] また、各層の膜厚や Siドーピング量は、上述した例で示した量に限定されな 、が、 上述した量がより好適である。さらに、上述した例ではバッファ層 14Aに GaN層 14B を積層した例を示した力 GaN層以外でも、 III族元素として In、 Al、 Gaの少なくとも 1つ以上を含み、主たる V族元素として Nを含む窒化物半導体で、量子井戸構造 14 Cの発光波長に対して透明となるバンドギャップを有する窒化物半導体力 適宜選 択可能である。上述した例では、 GaN層 14B、 InGaNZGaNの量子井戸構造層 14 Cに Siをドープした例を示した力 これに限定されず、他の不純物（例えば Mg)をド ープしてもよぐまた必要に応じ、ドープしなくてもよい。
[0044] 次に、上述した発光体 10を用いた電子線検出器 20について説明する。
[0045] 図 6は、電子線検出器 20の縦断面図である。この電子線検出器 20にお 、ては、入 射した電子を蛍光に変換する発光体 10と光検出器 30の光入射面 Iとが、光学部材（ 光ガイド部材） 22を介して光学的に結合されている。また、電子線検出器 20は、発光 体 10と光検出器 30とが、光学部材 22を介して物理的に接続され、一体となっている 。より具体的には、光入射面 Iに、蛍光透過性の材料力 なる光学部材 22が貼り付け られており、この光学部材 22に発光体 10が取り付けられている。光ガイド部材 22は、 光ファイバプレート (FOP)等のライトガイドである力 この他、発光体 10において発 生した蛍光を光入射面 I上に集光するレンズであってもよい。
[0046] 光学部材 22と光検出器 30との間には、蛍光透過性の接着層（接着剤:榭脂) AD2 が介在しており、接着層 AD2によって光学部材 22と光検出器 30との間の相対位置 が固定されている。
[0047] 光学部材 22はガラス板であり、発光体 10の基板裏面 12b上には SiN層 ADa及び SiO層 ADbが形成され、 SiO層 ADbと光学部材 22のガラス板とが融着されている
2 2
。 SiO層 ADbもガラス板も共に珪ィ匕酸ィ匕物であるため、これらは加熱を行うことにより
2
融着する。また、 SiO層 ADbは、スパッタリング法等を用いて SiN層 ADa上に形成し
2
ているが、これらの結合力も高い。
[0048] SiN層 ADaは同じくスパッタリング法等によって発光体 10の面上に形成されている 力 これらの結合力も高いので、結果的には接着層 AD1が発光体 10を光学部材 22 に接着する。また、 SiN層 ADaは、反射防止膜としても機能し、 SiN層 ADaは、電子 線の入射に応じて発光体 10内で発生した蛍光が発光体 10方向へ反射されるのを 抑制する。なお、接着層 AD1, AD2全体としてのそれぞれの屈折率は 1. 5である。
[0049] このような構造を有する電子線検出器 20において、電子線の入射に応じて発光体 10内で発生した蛍光は、蛍光透過性の材料からなる接着層 AD1を介して、光学部 材 2に入射し、光学部材 2及び接着層 AD2を順次透過して光検出器 30の光入射面 I に至る。
[0050] なお、本例に示される光検出器 30は光電子増倍管である。この光検出器 30は、金 属製の側管 30a、側管 30aの頂部の開口を閉塞する光入射窓（面板) 30b、側管 30a の底部の開口を閉塞するステム板 30cからなる真空容器を備えている。この真空容 器内には、光入射窓 30bの内面に形成された光電陰極 30dと、電子増倍部 30eと、 陽極 Aが配置されている。
[0051] 光入射面 Iは、光入射窓 30bの外面であり、光入射面 Iに入射した蛍光は、光入射 窓 30bを透過して光電陰極 30dに入射し、光電陰極 30dは、蛍光の入射に応じて光 電変換を行って (光)電子を前記真空容器内部方向に放出する。この電子は、マイク ロチャネルプレートやメッシュ型のダイノードからなる電子増倍部 30eによって増倍さ れ、陽極 Aで収集される。
[0052] 陽極 Aで収集された電子は、ステム板 30cを貫通するピン 30pを介して光検出器 3 0の外部に取り出される。なお、ピン 30pの数は複数であり、各ピン 30pを介して電子 増倍部 30eに所定の電位が与えられる。なお、金属製の側管 30aの電位は 0Vであり 、光電陰極 30dは側管 30aに電気的に接続されている。
[0053] 以上で説明した電子線検出器 20においては、走査型電子顕微鏡や質量分析装 置への適応に十分な応答速度及び発光強度を有し、且つ優れた残存率を有する発 光体 10を有するため、高速応答と優れた寿命特性とが実現されている。
[0054] 上記電子線検出器 20は、走査型電子顕微鏡 (SEM)や質量分析装置に用いるこ とがでさる。
[0055] 図 7は、走査型電子顕微鏡の主要部の概略説明図である。この走査型電子顕微鏡 は、上記電子線検出器 20を備えている。電子線 elを試料 SM上に照射し、当該電 子線 elで試料 SMの表面を走査すると、試料 SMの表面からは二次電子が放出され 、これが電子線 e2として電子線検出器 20へと導かれる。電子線 e2の入射に応じてピ ン 30pからは電気信号が出力される。
[0056] すなわち、この走査型電子線顕微鏡は、電子線検出器 20の少なくとも発光体 10を 真空チャンバ（図示せず）内に備えており、この真空チャンバ内に配置された試料 S Mの表面上を電子線 elで走査することにより試料 SMから発生した二次電子を電子 線検出器 20に導き、電子線 e 1の走査位置と電子線検出器 20の出力を同期させて 対応づけることにより、試料 SMの像を撮影する装置である。そして、電子線顕微鏡 2 0が採用されたこの走査型電子顕微鏡においては、電子線検出器 20の発光体 10の 応答速度が nsecオーダーと高速であるため、走査速度を著しく向上させることが可 能である。また、発光体 10が優れた残存率を有するため、この走査型電子顕微鏡に お!ヽては寿命特性等の性能が有意に向上して 、る。
[0057] 図 8は、質量分析装置の主要部の概略説明図である。
[0058] この質量分析装置は、上記電子線検出器 20を備えている。分離部 AZ内に位置す る正イオンは、アパーチャ一 APに適当な電位を与えると共に、アパーチャ一 APに対 して分離部 AZとは逆側に位置する第 1ダイノード DY1に負電位を与えると、ァパー チヤ— APを通過して第 1ダイノード DY1に衝突し、衝突に伴って第 1ダイノード DY1 の表面からは二次電子が放出され、これが電子線 e3として電子線検出器 20へと導 かれる。
[0059] なお、第 2ダイノード DY2には正の電位が与えられており、分離部 AZから負イオン を引き出す場合には、この負イオンは第 2ダイノード DY2に衝突し、衝突に伴って第 2ダイノード DY2の表面からは二次電子が放出され、これが電子線 e3として電子線 検出器 20へと導かれる。電子線 e3の入射に応じてピン 30pからは電気信号が出力 される。
[0060] 質量分析装置には様々なタイプがあるが、いずれもイオンを質量に応じて時間的 又は空間的に分離するものである。
[0061] 分離部 AZが飛行管であるとすると、イオンは質量に応じて飛行管内部の通過時間 が異なるので、結果的にはダイノード DY1又は DY2への到達時間が異なり、したが つて、ピン 30pから出力される電流値の時間変化をモニタすれば各イオンの質量が 判明する。すなわち、この電流値は時間毎に各質量のイオンの量を示していることと なる。
[0062] 分離部 AZ力 磁界によって各イオンの飛行軌道を質量に応じて変えるものであると すると、分離部 AZの磁束密度を可変することにより、アパーチャ APを通過するィ オンが質量毎に異なり、したがって、ピン 30pから出力される電流値の時間変化をモ ユタすれば各イオンの質量が判明する。すなわち、磁束密度を掃引する又はァパー チヤ APの位置を走査すれば、この電流値は時間毎に各質量のイオンの量を示し て 、ることとなる。
[0063] 以上、説明したように、上記質量分析装置は、電子線検出器 20の少なくとも化合物 半導体基板 1が配置される真空チャンバ（図示せず)と、この真空チャンバ内の試料（ 図示せず)から発生したイオンを、その質量に応じて空間的又は時間的に分離する 分離部 AZと、分離部 AZで分離されたイオンが照射されるダイノード DY1, DY2とを 備え、ダイノード DY1, DY2へのイオンの入射に応じてダイノード DY1, DY2から発 生した二次電子 e3を電子線検出器 20に導き、電子線検出器 20の出力から上記試 料の質量分析を行っている。このように、電子線顕微鏡 20が採用された質量分析装 、ては、電子線検出器 20の発光体 10の応答速度が nsecオーダーと高速で あるため、質量分解能を著しく向上させることが可能である。また、発光体 10が優れ た残存率を有するため、この質量分析装置においては寿命特性等の性能が有意に 向上している。
[0064] 本発明は上記実施形態に限定されるものではなぐ様々な変形が可能である。例 えば、窒化物半導体層 14は、その一部が量子井戸構造であっても、全体が量子井 戸構造であってもよい。また、光検出器 30は、光電子増倍管以外に、例えばァバラ ンシエホトダイオード (APD)であってもよい。さらに、光学部材 22は、直線的な形状 に限らず、曲線的な形状であってもよぐまたサイズも適宜変更可能である。
産業上の利用可能性
本発明は、電子の入射により発光する発光体と、これを用いた電子線検出器、走査 型電子顕微鏡及び質量分析装置に利用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 電子の入射に応じて蛍光を発生する発光体において、
基板と、
前記基板の一方の面上に形成され量子井戸構造を有する窒化物半導体層と、 前記窒化物半導体層上に形成され電子入射面を有するキャップ層と、 を備えることを特徴とする発光体。
[2] 前記量子井戸構造の井戸幅が 4nm以下であることを特徴とする請求項 1に記載の 発光体。
[3] 前記キャップ層の厚さが lOnm以下であることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の 発光体。
[4] 前記窒化物半導体層が InGaN及び GaNで構成されており、前記キャップ層が A1 GaNで構成されて ヽることを特徴とする請求項 1に記載の発光体。
[5] 前記キャップ層上に積層された反射膜をさらに備えることを特徴とする請求項 1に 記載の発光体。
[6] 前記反射膜の厚さが 800nm以上であることを特徴とする請求項 5に記載の発光体
[7] 請求項 1に記載の発光体と、
この発光体が発する前記蛍光に対して感度を有する光検出器とを備えることを特徴 とする電子線検出器。
[8] 請求項 1に記載の発光体と、この発光体が発する前記蛍光に対して感度を有する 光検出器とを備えた電子線検出器と、
少なくとも前記発光体が内部に設置された真空チャンバとを備え、
前記真空チャンバ内に配置された試料の表面上を電子線で走査することにより、前 記試料から発生した二次電子を前記電子線検出器に導き、前記試料の走査位置と 前記電子線検出器の出力とを対応づけることにより前記試料の像を撮影することを特 徴とする走査型電子顕微鏡。
[9] 請求項 1に記載の発光体と、この発光体が発する前記蛍光に対して感度を有する 光検出器とを備えた電子線検出器と、 少なくとも前記発光体が内部に配置される真空チャンバと、 前記真空チャンバ内の試料力 発生したイオンをその質量に応じて空間的又は時 間的に分離する分離部と、
前記分離部で分離されたイオンが照射されるダイノードとを備え、
前記ダイノードへのイオンの入射に応じて前記ダイノードから発生する二次電子を 前記電子線検出器に導き、前記電子線検出器の出力から前記試料の質量分析を行 うことを特徴とする質量分析装置。
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