JPH01182739A - 化合物半導体結晶の歪測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、引上法およびブリッジマン法等により作製
される化合物半導体基板や、分子線エピタキシ（ＭＢＥ
）法および有機金属気相成長（ＯＭＶＰＥ）法等で作製
されるエピタキシャル膜などの化合物半導体結晶の歪を
測定する方法に関するものである。

［従来の技術］ 半導体基板やエピタキシャル膜中の歪を測定する方法と
しては、散乱光スペクトル（ラマン散乱）の測定による
ものがあり、微小領域における測定としては顕微ラマン
散乱分光法が従来より広く知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このようなラマン散乱分光法による従来
の測定方法では、結晶基板面上あるいはエピタキシャル
膜面上での測定対象である領域を特定することができな
いという問題があった。たとえば、結晶基板面上では、
転位等の格子欠陥の位置を知ることができないため、格
子欠陥との相対的距離の関数としての歪強度の変化を測
定することができなかった＾また、エピタキシャル膜に
おいては、基板とエピタキシャル膜との界面からの距離
の関数としての歪強度の変化を測定することができなか
った。

この発明の目的は、かかる従来の測定方法の問題を解消
し、所定領域における転位等の格子欠陥や界面の像を観
察しながら、該所定領域＾の微小領域での歪を測定する
ことのできる歪測定方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明の歪測定方法では、化合物半導体結晶の表面上
の所定領域に、化合物半導体結晶のバンドギャップより
大きいエネルギを有する第１の励起光をほぼ均等に照射
して所定領域でのフォトルミネッセンストポグラフィを
観察しながら、所定領域内の微小領域に第２の励起光を
照射し後方散乱光を分光測定して歪強度を求め、次に第
２の励起光を所定領域内で掃引して各微小領域での歪強
度を求めて所定領域内での全強度分布を測定している。

すなわち、この発明では顕微フォトルミネッセンストポ
グラフィ測定技術と顕微ラマン散乱分光法とを組合わせ
、最初に顕微フォトルミネッセンストポグラフィによっ
て所定領域での転位や界面等の像を観測しモニタしなが
ら、所定領域内の微小領域での歪を顕微ラマン散乱分光
法により測定している。

［作用］ この発明の測定方法では、フォトルミネッセンストポグ
ラフィによって転位等の格子欠陥や界面の位置を観察し
ている。半導体結晶にバンドキャップより大きいエネル
ギを有するレーザ光を照射すると、電子・ホール対が生
成し、それらが直接もしくは不純物や格子欠陥により誘
起された禁止帯中のエネルギ準位を介して再結合する。

この再結合の際に、光として放出するエネルギがフォト
ルミネッセンスである。フォトルミネッセンストポグラ
フィは、試料結晶の所定領域にほぼ均等にレーザ光を照
射して得られるフォトルミネッセンス像である。フォト
ルミネッセンストポグラフィは、一般に０．２〜２ｍｍ
径の領域で観測される。

結晶基板にお□いては転位の分布状態や不純物濃度分布
を、エピタキシャル成長膜においては界面近傍の欠陥や
不純物濃度分布をその発光強度から求めることかできる
。

この発明では、このようにフォトルミネッセンストポグ
ラフィ、によって格子欠陥や界面等の位置を観察しなが
ら、歪を測定すべき微小領域を特定している。

以下、ラマン散乱光について説明すると、結晶にｈν菫
のエネルギを有する光を照射すると、結晶中の格子振動
（フォノン）と相互作用して、入射光が非弾性散乱され
、ｈシ！±ｈシＰ　（ｈニブランク定数、ｈνＰ　：フ
ォノンのエネルギ）のエネルギを有する散乱光が放射さ
れる。この放射された散乱光のエネルギを測定すること
によって、フォノンのエネルギを知ることができる。結
晶に歪を生じると、結晶を構成する原子は平衡位置から
偏位し、この結果フォノンのエネルギが変化するので、
フォノンのエネルギの変化量を測定することによって歪
の大きさ、すなわち歪強度を求めることができる。第２
図は、歪が存在するときに散乱光強度のピーク位置がシ
フトする状態を示す図である。実線で示したピークは歪
がないときのラマン散乱光を示しており、点線で示した
ピークは歪が存在するときのラマン散乱光のピークを示
している。なお、第２図において、縦軸は散乱光強度、
横軸は波数（ｃｍ”）を示している。通常のラマン散乱
光測定では、励起光として１ｍｍ〜２ｍｍのビーム径を
有するレーザ光を用いているが、この発明では微小領域
での測定をするために、顕微鏡の対物レンズを利用し、
レーザビームを１μｍ〜２μｍに絞って照射している。

一般に、このようなラマン散乱分光法を、顕微ラマン散
乱分光法と呼んでいる。

［実施例］ 第１図は、この発明の一実施例を説明するための装置を
示す概略構成図である。アルゴンレーザ９は、フォトル
ミネッセンストポグラフィを得るための第１の励起光の
光源である。アルゴンレーザ９からのレーザビームは、
クララセンフィルタ１１で発振線（λ−４８８ｎｍまた
は５１４．５ｎｍ）以外の螢光を除去した後、ビームエ
キスパンダ１０でビーム径を１０ｍｍ程度に拡大し、ハ
−フミラー１７および対物レンズ１２を通して試料１３
に照射される。試料１３はＸ−Ｙステージ１４上に載せ
られている。第１の励起光としての第１励起レーザビー
ム２０が照射された試料１３からは、フォトルミネッセ
ンスが放射される。放射されたフォトルミネッセンスは
、対物レンズ１２で集光され、カットフィルタ２でレー
ザ光を除去した後、映像増強管１に導入され、フォトル
ミネッセンストポグラフィが観測される。

レーザ８は、ラマン散乱光を得るための第２の励起光の
光源であり、レーザ８から出射されたレーザは、クララ
センフィルタ７を通り、ハーフミラ−１６と対物レンズ
１２を通して試料１３に照射される。第２の励起光とし
ての第２励起レーザビーム３０が照射された試料１３か
らは、散乱光が放射される。この放射された散乱光は対
物レンズ１２で集光され、ミラー１５により、複回折格
子分光器３に導入されて分光された後、光電子増倍管４
により電気信号に変換され、増幅器５で増幅され、記録
計６で記録される。

以上説明したような装置を用いて、試料１３に第１励起
レーザビーム２０を照射することにより得られるフォト
ルミネッセンストポグラフィを観察し、結晶基板におけ
る転位の分布状態や不純物濃度分布あるいはエピタキシ
ャル成長膜における界面近傍の欠陥や不純物濃度分布等
を知ることができる。これらの情報か＝、さらに顕微ラ
マン散乱分光すべき測定対象の微小領域を特定し、その
微小領域に第２励起レーザビーム３０を照射し、散乱光
強度のピーク位置のずれから、その微小領域における歪
強度を求めることができる。次に、第２励起レーザービ
ーム３０を試料１３上で掃引、すなわち走査して各微小
領域での歪強度を求めて所定領域内での歪強度の分布を
測定することがで、　きる。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の測定方法によれば、化
合物半導体基板やエピタキシャル膜中などの歪強度の分
布を高分解能で測定することができる。したがって、こ
の発明の歪測定方法は、半導体基板やエピタキシャル膜
上に作製される高密度の集積回路、発光ダイオードおよ
び半導体レーザなどの特性向上のために利用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例を説明するための装置を
示す概略構成図である。第２図は、散乱光強度のピーク
位置が歪の存在によりシフトする状態を示す図である。 図において、１は映像増強管、２はカットフィルタ、３
は複回折格子分光器、４は光電子増倍管、５は増幅器、
６は記録計、７はクララセンフィルタ、８はレーザ、９
はアルゴンレーザ、１０はビームエキスパンダ、１１は
クララセンフィルタ、１２は対物レンズ、１３は試料、
１４はｘ−ｙステージ、１５はミラー、１６はハーフミ
ラ−１１７はハーフミラ−１２０は第１励起レーザビー
ム、３０は第２励起レーザビームを示す。 第２図 波数（ｃｍ”）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）化合物半導体結晶の表面上の所定領域に、前記化
   合物半導体結晶のバンドギャップより大きいエネルギを
   有する第１の励起光をほぼ均等に照射して前記所定領域
   でのフォトルミネッセンストポグラフィを観察しながら
   、前記所定領域内の微小領域に第２の励起光を照射し後
   方散乱光を分光測定して歪強度を求め、次に前記第２の
   励起光を前記所定領域内で掃引して各微小領域での歪強
   度を求めて前記所定領域内での歪強度分布を測定する、
   化合物半導体結晶の歪測定方法。