(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体中のキャリアの移動度μを測定する移動度測定装置であって、
前記移動度μと前記キャリアの減衰定数γとの関係、前記減衰定数γと前記半導体のキャリア密度Ｎとの関係、及び、テラヘルツ光に対する前記半導体の反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの関係をそれぞれ記憶し、前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係において前記減衰定数γが前記キャリア密度Ｎに対して線形に推移している記憶部と、
試料となる前記半導体にテラヘルツ光を照射する光照射部と、
照射された前記テラヘルツ光に対する前記試料の反射光を検出する検出部と、
照射された前記テラヘルツ光の強度に対する前記反射光の強度の比率を求めることにより、前記試料の反射率Ｒｅｘｐを算出する反射率算出部と、
記憶された前記反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの前記関係を参照し、前記試料の反射率Ｒｅｘｐに対応する前記試料のキャリア密度Ｎｅｘｐを取得するとともに、記憶された前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係を参照し、取得された前記キャリア密度Ｎｅｘｐに対応する前記試料の減衰定数γｅｘｐを取得し、前記減衰定数γｅｘｐは、前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係において、取得された前記キャリア密度Ｎｅｘｐに対応する前記減衰定数γを検出することで算出され、前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係は、前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの関係の複数のプロットをフィッティングすることで得られている取得部と、
取得した前記減衰定数γｅｘｐに基づいて、記憶された前記移動度μと前記減衰定数γとの前記関係から、前記試料の前記移動度μｅｘｐを算出する移動度算出部と、
を有することを特徴とする移動度測定装置。
【請求項２】
半導体中のキャリアの移動度μを測定する移動度測定装置であって、
前記移動度μと前記キャリアの減衰定数γとの関係、及び、テラヘルツ光に対する前記半導体の反射率Ｒと前記減衰定数γとの関係をそれぞれ記憶する記憶部と、
試料となる前記半導体にテラヘルツ光を照射する光照射部と、
照射された前記テラヘルツ光に対する前記試料の反射光を検出する検出部と、
照射された前記テラヘルツ光の強度に対する前記反射光の強度の比率を求めることにより、前記試料の反射率Ｒｅｘｐを算出する反射率算出部と、
記憶された前記反射率Ｒと前記減衰定数γとの前記関係を参照し、前記試料の反射率Ｒｅｘｐに対応する前記試料の減衰定数γｅｘｐを取得する取得部と、
取得した前記減衰定数γｅｘｐに基づいて、記憶された前記移動度μと前記減衰定数γとの前記関係から、前記試料の前記移動度μｅｘｐを算出する移動度算出部と、
を有し、
前記テラヘルツ光に対する前記半導体の反射率Ｒが前記キャリアの減衰定数γに依存して変化する測定帯域のテラヘルツ光に対する前記反射率Ｒを測定反射率Ｒ（ωｏｕｔ）とし、前記テラヘルツ光に対する前記半導体の前記反射率Ｒが前記キャリアの減衰定数γに依存して変化しない参照帯域のテラヘルツ光に対する前記反射率Ｒを参照反射率Ｒ（ωｉｎ）とし、前記測定反射率Ｒ（ωｏｕｔ）と前記参照反射率Ｒ（ωｉｎ）とを対比して相対反射率Ｒｒｒを算出し、算出された前記相対反射率Ｒｒｒを前記反射率Ｒとして、前記反射率Ｒと前記減衰定数γとの関係を前記記憶部に記憶する移動度測定装置。
【請求項３】
前記記憶部は、前記減衰定数γと前記半導体のキャリア密度Ｎとの関係、及び、テラヘルツ光に対する前記半導体の反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの関係をそれぞれ記憶することで、前記反射率Ｒと前記減衰定数γとの前記関係を記憶することを特徴とする請求項２に記載の移動度測定装置。
【請求項４】
前記テラヘルツ光に対する前記半導体の反射率Ｒが前記キャリアの減衰定数γに依存して変化する測定帯域のテラヘルツ光に対する前記反射率Ｒを測定反射率Ｒ（ωｏｕｔ）とし、前記テラヘルツ光に対する前記半導体の前記反射率Ｒが前記キャリアの減衰定数γに依存して変化しない参照帯域のテラヘルツ光に対する前記反射率Ｒを参照反射率Ｒ（ωｉｎ）とし、前記測定反射率Ｒ（ωｏｕｔ）と前記参照反射率Ｒ（ωｉｎ）とを対比して相対反射率Ｒｒｒを算出し、算出された前記相対反射率Ｒｒｒを前記反射率Ｒとして、前記反射率Ｒと前記減衰定数γとの関係を前記記憶部に記憶することを特徴とする請求項１に記載の移動度測定装置。
【請求項５】
前記光照射部は、前記測定帯域のテラヘルツ光および前記参照帯域のテラヘルツ光を前記試料にそれぞれ照射し、
前記反射率算出部は、前記測定帯域のテラヘルツ光を照射したとき算出された測定反射率Ｒ（ωｏｕｔ）ｅｘｐと、前記参照帯域のテラヘルツ光を照射したとき算出された参照反射率Ｒ（ωｉｎ）ｅｘｐとを対比して、前記試料の相対反射率Ｒｒｒ  ｅｘｐを算出し、
前記取得部は、記憶された前記相対反射率Ｒｒｒと前記減衰定数γとの前記関係を参照し、算出された前記試料の前記相対反射率Ｒｒｒ  ｅｘｐに対応する前記試料の前記減衰定数γｅｘｐを取得することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の移動度測定装置。
【請求項６】
前記参照帯域はＴＯフォノン周波数とＬＯフォノン周波数との間の高反射帯域であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の移動度測定装置。
【請求項７】
前記半導体が窒化ガリウムであり、
前記測定帯域が２１ＴＨｚ以上２３ＴＨｚ以下であり、
前記参照帯域が１７ＴＨｚ以上２０ＴＨｚ以下であることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の移動度測定装置。
【請求項８】
前記半導体がシリコンであり、
前記測定帯域が４ＴＨｚ以上１８ＴＨｚ以下であり、
前記参照帯域が３ＴＨｚ以上４ＴＨｚ以下であることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の移動度測定装置。
【請求項９】
前記光照射部は、１．５ＴＨｚ以上４０ＴＨｚ以下のテラヘルツ光を照射することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の移動度測定装置。
【請求項１０】
半導体中のキャリアの移動度μを測定する移動度測定方法であって、
前記移動度μと前記キャリアの減衰定数γとの関係、前記減衰定数γと前記半導体のキャリア密度Ｎとの関係、及び、テラヘルツ光に対する前記半導体の反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの関係をそれぞれ記憶し、前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係において前記減衰定数γが前記キャリア密度Ｎに対して線形に推移しているステップと、
試料となる前記半導体にテラヘルツ光を照射するステップと、
照射された前記テラヘルツ光に対する前記半導体の反射光を検出するステップと、
照射された前記テラヘルツ光の強度に対する前記反射光の強度の比率を求めることにより、前記試料の反射率Ｒｅｘｐを算出するステップと、
記憶された前記反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの前記関係を参照し、前記試料の反射率Ｒｅｘｐに対応する前記試料のキャリア密度Ｎｅｘｐを取得するとともに、記憶された前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係を参照し、取得された前記キャリア密度Ｎｅｘｐに対応する前記試料の減衰定数γｅｘｐを取得し、前記減衰定数γｅｘｐは、前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係において、取得された前記キャリア密度Ｎｅｘｐに対応する前記減衰定数γを検出することで算出され、前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係は、前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの関係の複数のプロットをフィッティングすることで得られているステップと、
取得した前記減衰定数γｅｘｐに基づいて、記憶された前記移動度μと前記減衰定数γとの前記関係から、前記試料の前記移動度μｅｘｐを算出するステップと、
を含むことを特徴とする移動度測定方法。
【請求項１１】
半導体中のキャリアの移動度μを測定する移動度測定方法であって、
キャリアの移動度μとキャリアの減衰定数γとの関係、及び、テラヘルツ光に対する前記半導体の反射率Ｒと前記減衰定数γとの関係をそれぞれ記憶するステップと、
試料となる前記半導体にテラヘルツ光を照射するステップと、
照射された前記テラヘルツ光に対する前記半導体の反射光を検出するステップと、
照射された前記テラヘルツ光の強度に対する前記反射光の強度の比率を求めることにより、前記試料の反射率Ｒｅｘｐを算出するステップと、
記憶された前記反射率Ｒと前記減衰定数γとの前記関係を参照し、前記試料の前記反射率Ｒｅｘｐに対応する前記試料の減衰定数γｅｘｐを取得するステップと、
取得した前記減衰定数γｅｘｐに基づいて、記憶された前記移動度μと前記減衰定数γとの前記関係から、前記試料の前記移動度μｅｘｐを算出するステップと、
を含み、
前記テラヘルツ光に対する前記半導体の反射率Ｒが前記キャリアの減衰定数γに依存して変化する測定帯域のテラヘルツ光に対する前記反射率Ｒを測定反射率Ｒ（ωｏｕｔ）とし、前記テラヘルツ光に対する前記半導体の前記反射率Ｒが前記キャリアの減衰定数γに依存して変化しない参照帯域のテラヘルツ光に対する前記反射率Ｒを参照反射率Ｒ（ωｉｎ）とし、前記測定反射率Ｒ（ωｏｕｔ）と前記参照反射率Ｒ（ωｉｎ）とを対比して相対反射率Ｒｒｒを算出し、算出された前記相対反射率Ｒｒｒを前記反射率Ｒとして、前記反射率Ｒと前記減衰定数γとの関係を記憶する移動度測定方法。
【請求項１２】
半導体の電気抵抗率ρを測定する半導体の電気抵抗率測定装置であって、
前記電気抵抗率ρと前記半導体中のキャリアの減衰定数γとキャリア密度Ｎとの関係、テラヘルツ光に対する前記半導体の反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの関係、及び、前記キャリア密度Ｎと前記減衰定数γとの関係をそれぞれ記憶し、前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係において前記減衰定数γが前記キャリア密度Ｎに対して線形に推移している記憶部と、
試料となる前記半導体にテラヘルツ光を照射する光照射部と、
照射された前記テラヘルツ光に対する前記試料の反射光を検出する検出部と、
照射された前記テラヘルツ光の強度に対する前記反射光の強度の比率を求めることにより、前記試料の反射率Ｒｅｘｐを算出する反射率算出部と、
前記記憶された前記反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの前記関係を参照し、前記試料の反射率Ｒｅｘｐに対応する前記試料のキャリア密度Ｎｅｘｐを取得するとともに、前記キャリア密度Ｎと前記減衰定数γとの前記関係を参照し、取得した前記キャリア密度Ｎｅｘｐに対応する前記試料の減衰定数γｅｘｐを取得し、前記減衰定数γｅｘｐは、前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係において、取得された前記キャリア密度Ｎｅｘｐに対応する前記減衰定数γを検出することで算出され、前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係は、前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの関係の複数のプロットをフィッティングすることで得られている取得部と、
取得した前記キャリア密度Ｎｅｘｐ及び前記減衰定数γｅｘｐに基づいて、記憶された前記電気抵抗率ρと前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係から、前記試料の前記電気抵抗率ρｅｘｐを算出する抵抗率算出部と、
を有することを特徴とする抵抗率測定装置。
【請求項１３】
半導体の電気抵抗率ρを測定する半導体の電気抵抗率測定装置であって、
前記電気抵抗率ρと前記半導体中のキャリアの減衰定数γとキャリア密度Ｎとの関係、テラヘルツ光に対する前記半導体の反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの関係、及び、前記キャリア密度Ｎと前記減衰定数γとの関係をそれぞれ記憶する記憶部と、
試料となる前記半導体にテラヘルツ光を照射する光照射部と、
照射された前記テラヘルツ光に対する前記試料の反射光を検出する検出部と、
照射された前記テラヘルツ光の強度に対する前記反射光の強度の比率を求めることにより、前記試料の反射率Ｒｅｘｐを算出する反射率算出部と、
前記記憶された前記反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの前記関係を参照し、前記試料の反射率Ｒｅｘｐに対応する前記試料のキャリア密度Ｎｅｘｐを取得するとともに、前記キャリア密度Ｎと前記減衰定数γとの前記関係を参照し、取得した前記キャリア密度Ｎｅｘｐに対応する前記試料の減衰定数γｅｘｐを取得する取得部と、
取得した前記キャリア密度Ｎｅｘｐ及び前記減衰定数γｅｘｐに基づいて、記憶された前記電気抵抗率ρと前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係から、前記試料の前記電気抵抗率ρｅｘｐを算出する抵抗率算出部と、
を有し、
前記テラヘルツ光に対する前記半導体の反射率Ｒが前記キャリア密度Ｎに依存して変化する測定帯域のテラヘルツ光に対する前記反射率Ｒを測定反射率Ｒ（ωｏｕｔ）とし、前記テラヘルツ光に対する前記半導体の前記反射率が前記キャリア密度Ｎに依存して変化しない参照帯域のテラヘルツ光に対する前記反射率を参照反射率Ｒ（ωｉｎ）とし、前記測定反射率Ｒ（ωｏｕｔ）と前記参照反射率Ｒ（ωｉｎ）とを対比して相対反射率Ｒｒｒを算出し、算出された前記相対反射率Ｒｒｒを前記反射率Ｒとして、前記反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの前記関係を前記記憶部に記憶する抵抗率測定装置。
【請求項１４】
前記テラヘルツ光に対する前記半導体の反射率Ｒが前記キャリア密度Ｎに依存して変化する測定帯域のテラヘルツ光に対する前記反射率Ｒを測定反射率Ｒ（ωｏｕｔ）とし、前記テラヘルツ光に対する前記半導体の前記反射率が前記キャリア密度Ｎに依存して変化しない参照帯域のテラヘルツ光に対する前記反射率を参照反射率Ｒ（ωｉｎ）とし、前記測定反射率Ｒ（ωｏｕｔ）と前記参照反射率Ｒ（ωｉｎ）とを対比して相対反射率Ｒｒｒを算出し、算出された前記相対反射率Ｒｒｒを前記反射率Ｒとして、前記反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの前記関係を前記記憶部に記憶することを特徴とする請求項１２に記載の抵抗率測定装置。
【請求項１５】
前記光照射部は、前記測定帯域のテラヘルツ光および前記参照帯域のテラヘルツ光を前記試料にそれぞれ照射し、
前記反射率算出部は、前記測定帯域のテラヘルツ光を照射したとき算出された測定反射率Ｒ（ωｏｕｔ）ｅｘｐと、前記参照帯域のテラヘルツ光を照射したとき算出された参照反射率Ｒ（ωｉｎ）ｅｘｐとを対比して、前記試料の相対反射率Ｒｒｒ  ｅｘｐを算出し、
前記取得部は、記憶された前記相対反射率Ｒｒｒと前記キャリア密度Ｎとの前記関係を参照し、算出された前記試料の相対反射率Ｒｒｒ  ｅｘｐに対応する前記試料の前記キャリア密度Ｎｅｘｐを取得することを特徴とする請求項１３または１４に記載の抵抗率測定装置。
【請求項１６】
前記参照帯域はＴＯフォノン周波数とＬＯフォノン周波数との間の高反射帯域であることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の抵抗率測定装置。
【請求項１７】
前記半導体が窒化ガリウムであり、
前記測定帯域が２１ＴＨｚ以上２３ＴＨｚ以下であり、
前記参照帯域が１７ＴＨｚ以上２０ＴＨｚ以下であることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の抵抗率測定装置。
【請求項１８】
前記半導体がシリコンであり、
前記測定帯域が４ＴＨｚ以上１８ＴＨｚ以下であり、
前記参照帯域が３ＴＨｚ以上４ＴＨｚ以下であることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の抵抗率測定装置。
【請求項１９】
半導体の電気抵抗率を測定する抵抗率測定方法であって、
前記電気抵抗率ρと前記半導体中のキャリアの減衰定数γとキャリア密度Ｎとの関係、テラヘルツ光に対する前記半導体の反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの関係、及び、前記キャリア密度Ｎと前記減衰定数γとの関係をそれぞれ記憶し、前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係において前記減衰定数γが前記キャリア密度Ｎに対して線形に推移しているステップと、
試料となる前記半導体にテラヘルツ光を照射するステップと、
照射された前記テラヘルツ光に対する前記試料の反射光を検出するステップと、
照射された前記テラヘルツ光の強度に対する前記反射光の強度の比率を求めることにより、前記試料の反射率Ｒｅｘｐを算出するステップと、
前記記憶された前記反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの前記関係を参照し、前記試料の反射率Ｒｅｘｐに対応する前記試料のキャリア密度Ｎｅｘｐを取得するとともに、前記キャリア密度Ｎと前記減衰定数γとの前記関係を参照し、取得した前記キャリア密度Ｎｅｘｐに対応する前記試料の減衰定数γｅｘｐを取得し、前記減衰定数γｅｘｐは、前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係において、取得された前記キャリア密度Ｎｅｘｐに対応する前記減衰定数γを検出することで算出され、前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係は、前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの関係の複数のプロットをフィッティングすることで得られているステップと
取得した前記キャリア密度Ｎｅｘｐ及び前記減衰定数γｅｘｐに基づいて、記憶された前記電気抵抗率ρと前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係から、前記試料の前記電気抵抗率ρｅｘｐを算出するステップと、
を含むことを特徴とする抵抗率測定方法。
【請求項２０】
半導体の電気抵抗率を測定する抵抗率測定方法であって、
前記電気抵抗率ρと前記半導体中のキャリアの減衰定数γとキャリア密度Ｎとの関係、テラヘルツ光に対する前記半導体の反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの関係、及び、前記キャリア密度Ｎと前記減衰定数γとの関係をそれぞれ記憶するステップと、
試料となる前記半導体にテラヘルツ光を照射するステップと、
照射された前記テラヘルツ光に対する前記試料の反射光を検出するステップと、
照射された前記テラヘルツ光の強度に対する前記反射光の強度の比率を求めることにより、前記試料の反射率Ｒｅｘｐを算出するステップと、
前記記憶された前記反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの前記関係を参照し、前記試料の反射率Ｒｅｘｐに対応する前記試料のキャリア密度Ｎｅｘｐを取得するとともに、前記キャリア密度Ｎと前記減衰定数γとの前記関係を参照し、取得した前記キャリア密度Ｎｅｘｐに対応する前記試料の減衰定数γｅｘｐを取得するステップと
取得した前記キャリア密度Ｎｅｘｐ及び前記減衰定数γｅｘｐに基づいて、記憶された前記電気抵抗率ρと前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係から、前記試料の前記電気抵抗率ρｅｘｐを算出するステップと、
を含み、
前記テラヘルツ光に対する前記半導体の反射率Ｒが前記キャリア密度Ｎに依存して変化する測定帯域のテラヘルツ光に対する前記反射率Ｒを測定反射率Ｒ（ωｏｕｔ）とし、前記テラヘルツ光に対する前記半導体の前記反射率が前記キャリア密度Ｎに依存して変化しない参照帯域のテラヘルツ光に対する前記反射率を参照反射率Ｒ（ωｉｎ）とし、前記測定反射率Ｒ（ωｏｕｔ）と前記参照反射率Ｒ（ωｉｎ）とを対比して相対反射率Ｒｒｒを算出し、算出された前記相対反射率Ｒｒｒを前記反射率Ｒとして、前記反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの前記関係を記憶する抵抗率測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体中のキャリアの移動度を測定する移動度測定装置及びその方法、並びに、半導体の電気抵抗率測定装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体のキャリアの移動度や電気抵抗率の測定には、ホール測定が一般的に用いられる。
【０００３】
また、テラヘルツ波によるキャリアの減衰定数及び密度を求める方法が、非特許文献１に記載されている。この方法は、半導体のフォノン周波数の帯域を含めた広帯域のテラヘルツ波を試料に照射し、反射スペクトルを観測する。ついで、観測された反射スペクトルと計算した反射スペクトルとが整合するようにフィッティングを行い、キャリアの減衰定数及び密度を求める。
【０００４】
また、二つのテラヘルツ波を用いて、半導体のキャリア密度を求める方法として、特許文献１に記載された方法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１４５２２３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｙ．Ｆｕ，Ｍ．Ｗｉｌｌａｎｄｅｒ、Ｚ．Ｆ．Ｌｉ  ａｎｄ  Ｗ．Ｌｕ："Ｅｌｅｃｔｒｏｎ，Ｍｏｂｉｌｉｔｉｅｓ，Ｈａｌｌ  Ｆａｃｔｏｒｓ，ａｎｄ  ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｏｆ  ｎ−ｔｙｐｅ  ＧａＮ  ｅｐｉｌａｙｅｒｓ  ｓｔｕｄｉｅｄ  ｂｙ  ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｈａｌｌ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ．"Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ  Ｖｏｌ．６７（２００３）ｐ．１１３３１３
【非特許文献２】Ｒ．Ｔ．Ｈｏｌｍ，Ｊ．Ｗ．Ｇｉｂｓｏｎ  ａｎｄ  Ｅ．Ｄ．Ｐａｌｉｋ．"Ｉｎｆｒａｒｅｄ  ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ  ｓｔｕｄｉｅｓ  ｏｆ  ｂｕｌｋ  ａｎｄ  ｅｐｉｔａｘｉａｌ−ｆｉｌｍ  ｎ−ｔｙｐｅ  ＧａＡｓ．"Ｊｏｕｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．４８（１９７７）ｐ．２１２−２２３
【非特許文献３】Ｃ．Ｋｉｔｔｅｌ：固体物理学入門  第７版上巻、宇野良清、津屋昇、森田章、山下次郎訳（丸善株式会社、１９９８）
【非特許文献４】Ｃ．Ｗｅｔｚｅｌ，Ｗ．Ｗａｌｕｋｉｅｗｉｃｚ，Ｅ．Ｅ．Ｈａｌｌｅｒ，Ｊ．ＡｇｅｒＩＩＩ，Ｉ．Ｇｒｚｅｇｏｒｙ，Ｓ．Ｐｏｒｏｗｓｋｉ  ａｎｄ  Ｔ．Ｓｕｓｋｉ．"Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｓ−ｇｒｏｗｎ  ｎ−ｔｙｐｅ  ｇａｌｌｉｕｍ  ｎｉｔｒｉｄｅ  ｕｎｄｅｒ  ｌａｒｇｅ  ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ"Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ  Ｖｏｌ．５３，（１９９６）ｐ．１３２２−１３２６
【非特許文献５】Ｈ．Ｉｔｏ，  Ｋ．  Ｓｕｉｚｕ，  Ｔ．  Ｙａｍａｓｈｉｔａ，  Ａ．  Ｎａｗａｈａｒａ  ａｎｄ  Ｔ．  Ｓａｔｏ， "Ｒａｎｄｏｍ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ａｃｃｅｓｓｉｂｌｅ  Ｂｒｏａｄ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｔｅｒａｈｅｒｔｚ−Ｗａｖｅ  Ｓｏｕｒｃｅ  Ｕｓｉｎｇ  Ｐｈａｓｅ−Ｍａｔｃｈｅｄ  ４−Ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−４−ｓｔｉｌｂａｚｏｌｉｕｍ  Ｔｏｓｙｌａｔｅ  Ｃｒｙｓｔａｌ，"Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｖｏｌ．４６（２００７）ｐ．７３２１−７３２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記文献記載の従来技術は、以下の点で改善の余地を有していた。
【０００８】
ホール測定は、ハンダを温めて、試料に電極を付けて、四端子を電極に合わせる接触測定である。電極を付けるため、試料を平面に加工する必要があり、破壊検査となる。
【０００９】
また、非特許文献１記載の技術では、広帯域のテラヘルツ波を試料に照射し、反射スペクトルを観測するため、数十分の時間を要する。また、観測された反射スペクトルと計算値とを整合させるためには、観測された反射スペクトル毎に計算させる必要がある。また、フィッティングするためにさらに数十秒の時間が必要となる。
【００１０】
さらに、特許文献１記載の技術では、テラヘルツ波に対する半導体の反射率とキャリアの減衰定数との関係が明らかにされておらず、キャリアの移動度及び電気抵抗率をいずれも求めることができない。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体中のキャリアの移動度及び半導体の電気抵抗率を非破壊で短時間に算出することを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、半導体中のキャリアの移動度μを測定する移動度測定装置であって、
前記移動度μと前記キャリアの減衰定数γとの関係、及び、テラヘルツ光に対する前記半導体の反射率Ｒと前記減衰定数γとの関係をそれぞれ記憶する記憶部と、
試料となる前記半導体にテラヘルツ光を照射する光照射部と、
照射された前記テラヘルツ光に対する前記試料の反射光を検出する検出部と、
照射された前記テラヘルツ光の強度に対する前記反射光の強度の比率を求めることにより、前記試料の反射率Ｒｅｘｐを算出する反射率算出部と、
記憶された前記反射率Ｒと前記減衰定数γとの前記関係を参照し、前記試料の反射率Ｒｅｘｐに対応する前記試料の減衰定数γｅｘｐを取得する取得部と、
取得した前記減衰定数γｅｘｐに基づいて、記憶された前記移動度μと前記減衰定数γとの前記関係から、前記試料の前記移動度μｅｘｐを算出する移動度算出部と、を有することを特徴とする移動度測定装置が提供される。
【００１３】
また、本発明によれば、半導体中のキャリアの移動度μを測定する移動度測定方法であって、
キャリアの移動度μとキャリアの減衰定数γとの関係、及び、テラヘルツ光に対する前記半導体の反射率Ｒと前記減衰定数γとの関係をそれぞれ取得するステップと、
試料となる前記半導体にテラヘルツ光を照射するステップと、
照射された前記テラヘルツ光に対する前記半導体の反射光を検出するステップと、
照射された前記テラヘルツ光の強度に対する前記反射光の強度の比率を求めることにより、前記試料の反射率Ｒｅｘｐを算出するステップと、
記憶された前記反射率Ｒと前記減衰定数γとの前記関係を参照し、前記試料の前記反射率Ｒｅｘｐに対応する前記試料の減衰定数γｅｘｐを取得するステップと、
取得した前記減衰定数γｅｘｐに基づいて、記憶された前記移動度μと前記減衰定数γとの前記関係から、前記試料の前記移動度μｅｘｐを算出するステップと、
を含むことを特徴とする移動度測定方法が提供される。
【００１４】
また、本発明によれば、半導体の電気抵抗率ρを測定する半導体の電気抵抗率測定装置であって、
前記電気抵抗率ρと前記半導体中のキャリアの減衰定数γとキャリア密度Ｎとの関係、テラヘルツ光に対する前記半導体の反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの関係、及び、前記キャリア密度Ｎと前記減衰定数γとの関係をそれぞれ記憶する記憶部と、
試料となる前記半導体にテラヘルツ光を照射する光照射部と、
照射された前記テラヘルツ光に対する前記試料の反射光を検出する検出部と、
照射された前記テラヘルツ光の強度に対する前記反射光の強度の比率を求めることにより、前記試料の反射率Ｒｅｘｐを算出する反射率算出部と、
前記記憶された前記反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの前記関係を参照し、前記試料の反射率Ｒｅｘｐに対応する前記試料の前記キャリア密度Ｎｅｘｐを取得するとともに、前記キャリア密度Ｎと前記減衰定数γとの前記関係を参照し、取得した前記キャリア密度Ｎｅｘｐに対応する前記試料の前記減衰定数γｅｘｐを取得する取得部と、
取得した前記キャリア密度Ｎｅｘｐ及び前記減衰定数γｅｘｐに基づいて、記憶された前記電気抵抗率ρと前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係から、前記試料の前記電気抵抗率ρｅｘｐを算出する抵抗率算出部と、
を有することを特徴とする抵抗率測定装置が提供される。
【００１５】
さらに、本発明によれば、半導体の電気抵抗率を測定する抵抗率測定方法であって、
前記電気抵抗率ρと前記半導体中のキャリアの減衰定数γとキャリア密度Ｎとの関係、テラヘルツ光に対する前記半導体の反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの関係、及び、前記キャリア密度Ｎと前記減衰定数γとの関係をそれぞれ取得するステップと、
試料となる前記半導体にテラヘルツ光を照射するステップと、
照射された前記テラヘルツ光に対する前記試料の反射光を検出するステップと、
照射された前記テラヘルツ光の強度に対する前記反射光の強度の比率を求めることにより、前記試料の反射率Ｒｅｘｐを算出するステップと、
前記記憶された前記反射率Ｒと前記キャリア密度Ｎとの前記関係を参照し、前記試料の反射率Ｒｅｘｐに対応する前記試料の前記キャリア密度Ｎｅｘｐを取得するとともに、前記キャリア密度Ｎと前記減衰定数γとの前記関係を参照し、取得した前記キャリア密度Ｎｅｘｐに対応する前記試料の前記減衰定数γｅｘｐを取得するステップと
取得した前記キャリア密度Ｎｅｘｐ及び前記減衰定数γｅｘｐに基づいて、記憶された前記電気抵抗率ρと前記減衰定数γと前記キャリア密度Ｎとの前記関係から、前記試料の前記電気抵抗率ρｅｘｐを算出するステップと、
を含むことを特徴とする抵抗率測定方法が提供される。
【００１６】
この発明によれば、半導体のテラヘルツ光に対する反射率Ｒとキャリアの減衰定数γとの関係をあらかじめ取得するため、テラヘルツ光に対する試料の反射率Ｒを測定することにより、対応するキャリアの減衰定数γを取得して試料中のキャリアの移動度μを算出することができる。また、半導体のテラヘルツ光に対する反射率Ｒと、キャリア密度Ｎとの関係も取得しておくことで、テラヘルツ光に対する半導体の反射率Ｒを測定することにより、対応するキャリアの減衰定数γ及び密度Ｎを取得して試料の電気抵抗率ρを算出することができる。したがって、半導体中のキャリアの移動度μ及び電気抵抗率ρを非破壊で短時間に測定することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、半導体中のキャリアの移動度μ及び電気抵抗率ρを非破壊で短時間に算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態に係る物性値測定装置を模式的に示すブロック図である。
【図２】反射スペクトルの計算値の一例を示す図である。
【図３】キャリアの減衰定数γ、キャリア密度Ｎ、ＬＯフォノン周波数ωＬ、フォノンの減衰定数Гの関係を示す図である。
【図４】実施の形態に係る物性値測定装置の構成図である。
【図５】キャリア密度Ｎと相対反射率Ｒｒｒの関係を示す図である。
【図６】ＧａＮの反射スペクトルの測定値及び計算値を示す図である。
【図７】ＧａＮ中のキャリアの移動度μのホール測定結果と本発明による測定結果を比較した図である。横軸がホール測定結果であり、縦軸が本発明による測定結果を示す。
【図８】ＧａＮの電気抵抗率ρのホール測定結果と本発明による測定結果を比較した図である。横軸がホール測定結果であり、縦軸が本発明による測定結果を示す。
【図９】テラヘルツ波に対するシリコンの反射率測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００２０】
（第一の実施形態）
本実施の形態は、半導体中のキャリアの移動度μを測定する移動度測定装置である。図１は、物性値測定装置１００を模式的に示すブロック図である。本実施形態では、この物性値測定装置１００を移動度測定装置として用いる。
【００２１】
本実施の形態の移動度測定装置は、半導体中のキャリアの移動度μとキャリアの減衰定数γとの関係、及び、テラヘルツ光に対する半導体の反射率Ｒとキャリアの減衰定数γとの関係をそれぞれ記憶する記憶部１０１と、試料となる半導体にテラヘルツ光１０５を照射する光照射部１０３と、照射されたテラヘルツ光１０５に対する試料の反射光１０８を検出する検出部１０９と、照射されたテラヘルツ光１０５の強度に対する反射光１０８の強度の比率を求めることにより、試料の反射率Ｒｅｘｐを算出する反射率算出部１１１と、記憶された反射率Ｒとキャリアの減衰定数γとの関係を参照し、試料の反射率Ｒｅｘｐに対応する試料の減衰定数γｅｘｐを取得する取得部１１３と、取得した減衰定数γｅｘｐに基づいて、記憶された移動度μと減衰定数γとの関係から、試料の移動度μｅｘｐを算出する物性値算出部１１５（移動度算出部）と、を有する。
【００２２】
また、物性値測定装置１００は、試料設置部１０７を備える。試料設置部１０７は、試料となる半導体を設置する。
【００２３】
半導体には、ＧａＮ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＮ（窒化アルミニウムガリウム）、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＳｂ、ＧａＩｎＮ、ＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＳｂ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＳｂ、Ｓｉ、Ｇｅ等が使用できる。
【００２４】
半導体は、不純物がドープされていてもよい。ドープする不純物（添加物）は、ｐ型、ｎ型の種類によらず何でも良い。たとえば、ｎ型（ドナー）として珪素、窒素またはリン等を用いることができる。ｐ型として珪素、ホウ素等を用いることができる。
【００２５】
記憶部１０１は、キャリアの移動度μとキャリアの減衰定数γとの関係を式（１）として記憶する。ｅは、電子の電荷［Ｃ］であり、ｍ＊は、電子の有効質量［ｋｇ］である。
【００２６】
【数１】
0005601562.tif 000002
【００２７】
また、記憶部１０１は、テラヘルツ光に対する半導体の反射率Ｒとキャリアの減衰定数γとの関係を記憶する。反射率Ｒとキャリアの減衰定数γとの関係は、下記（２）〜（５）で表される。各パラメータを表１に示す。式（２）は、非特許文献２に記載される式である。
【００２８】
【表１】
0005601562.tif 000003
【００２９】
【数２】
0005601562.tif 000004
【００３０】
式（３）はプラズマ周波数を示す式である。プラズマとは同じ密度の正と負の電荷からなる媒質であると非特許文献３に記載されている。プラズマとなる周波数をプラズマ周波数と呼ぶ。式（３）中のキャリア密度Ｎは、正もしくは負の電荷の密度を表すこととなる。正が自由電子の密度を示し、負が正孔の密度を示す。
【００３１】
【数３】
0005601562.tif 000005
【００３２】
【数４】
0005601562.tif 000006
【００３３】
また、式（５）は、非特許文献４で記載される式である。式（５）のa、b、cは定数である。
【００３４】
【数５】
0005601562.tif 000007
【００３５】
また、フォノンの減衰定数Г、及び、キャリアの減衰定数γは、図３（ａ）、（ｃ）で示すように、キャリア密度Ｎと１次の関係式（γ＝ｄ×Ｎ＋ｅ、Г＝ｆ×Ｎ＋ｇ、ｄ〜ｇは定数）で表される。したがって、反射スペクトルから、反射率Ｒとキャリアの減衰定数γとの関係を導くことができる。
【００３６】
また、半導体の反射スペクトルは、特定の周波数帯域では常に高反射であるが、ＬＯフォノン振動数ωＬ、フォノンの減衰定数Г、キャリアの減数定数γ、キャリア密度Ｎの違いによりの反射スペクトルの形状が異なってくる帯域がある。たとえば、半導体にＧａＮを用いた場合の反射スペクトルの計算値を図２に示す。表２に図２、３の計算に用いたパラメータを示す。ＧａＮでは、ＬＯフォノン振動数ωＬ、フォノンの減衰定数Г、キャリアの減数定数γ、キャリア密度Ｎの違いにより２２ＴＨｚ付近の反射スペクトルの形状が異なってくる。一方、１９ＴＨｚ付近は、常に高反射である。
【００３７】
【表２】
0005601562.tif 000008
【００３８】
そこで、テラヘルツ光に対する半導体の反射率Ｒがキャリアの減衰定数γに依存して変化する帯域を測定帯域とし、半導体の反射率Ｒがキャリアの減衰定数γに依存して変化しない帯域を参照帯域とすると、測定帯域のテラヘルツ光に対する反射率を測定反射率Ｒ（ωｏｕｔ）とし、参照帯域のテラヘルツ光に対する反射率を参照反射率Ｒ（ωｉｎ）として、式（６）から、相対反射率Ｒｒｒを算出することができる。記憶部１０１は、算出された相対反射率Ｒｒｒとキャリアの減衰定数γとの関係を記憶部１０１に記憶してもよい。
【００３９】
【数６】
0005601562.tif 000009
【００４０】
また、記憶部１０１は、図３（ａ）に示すキャリアの減衰定数γとキャリア密度Ｎとの関係、及び、図５に示すテラヘルツ光に対する半導体の相対反射率Ｒｒｒとキャリア密度Ｎとの関係をそれぞれ記憶することで、反射率Ｒとキャリアの減衰定数γとの関係を記憶することもできる。
【００４１】
光照射部１０３は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（ネオジウム・ヤグレーザー）の第二高調波（波長：５３２ｎｍ）を、ＫＴＰ結晶（ＫＴｉＯＰＯ４）を使用した光パラメトリック発振器に入射し、１．３μｍ帯の二波長を発振させ、その二波長をＤＡＳＴ結晶（４−ｄｉｍｅｔｈｙｌａｍｉｎｏ−Ｎ−ｍｅｔｈｙｌ−４−ｓｔｉｌａｂａｚｏｌｉｕｍ−ｔｏｓｙｌａｔｅ）に入射して１．５ＴＨｚ以上４０ＴＨｚ以下のテラヘルツ帯域の光波を照射する。なお、試料となる半導体にテラヘルツ光を照射することができれば、ＤＡＳＴ結晶の変わりに他の結晶を使用しても差し支えない。また、フェムト秒レーザーを使用して発振したテラヘルツ帯域の光波を使用しても差し支えない。光照射部１０３は、照射した光の波長、光量、試料に対する入射角等の情報を記憶部１０１に記憶する。
【００４２】
検出部１０９は、検出した反射光に関する情報を反射率算出部１１１に送出する。検出部１０９は、ＤＴＧＳ（Ｄｅｕｔｅｒａｔｅｄ  Ｔｒｉｇｌｙｃｉｎｅ  Ｓｕｌｆａｔｅ）検出器を用いることができる。
【００４３】
反射率算出部１１１は、検出部１０９が検出した反射光の入射角、光量等の情報を検出部１０９から受け付け、記憶部１０１に記憶された照射光の情報と、受け付けた反射光の情報とから試料の反射率Ｒｅｘｐを算出する。算出された反射率Ｒｅｘｐは、取得部１１３に送出される。また、算出された反射率Ｒｅｘｐは、記憶部１０１に記憶してもよいし、出力してもよい。
【００４４】
反射率Ｒｅｘｐは、以下のように測定することができる。まず、試料設置部１０７に参照板（例えば、金ミラー）を置く。照射光が金ミラーで反射した光を照射光強度と定義する。次に、試料設置部１０７に半導体を置く。照射光が半導体で反射した光を反射光強度と定義する。反射光強度を照射光強度で割った値が反射率Ｒｅｘｐとして得られる。
【００４５】
取得部１１３は、記憶部１０１を参照し、記憶された反射率Ｒｅｘｐとキャリアの減衰定数γとの関係に基づいて、反射率算出部１１１から受け付けた反射率Ｒｅｘｐから対応するキャリアの減衰定数γを取得する。取得部１１３は、取得した減衰定数γを物性値算出部１１５に送出する。
【００４６】
物性値算出部１１５は、記憶部１０１を参照し、記憶されたキャリアの移動度μとキャリアの減衰定数γとの関係から試料中のキャリアの移動度μｅｘｐを算出する。物性値算出部１１５は、算出したキャリアの移動度μｅｘｐを出力してもよい。
【００４７】
また、光照射部１０３は、測定帯域のテラヘルツ光および参照帯域のテラヘツ光を試料にそれぞれ照射することもできる。反射率算出部１１１は、測定帯域のテラヘルツ光を照射したとき算出された測定反射率Ｒ（ωｏｕｔ）ｅｘｐと、参照帯域のテラヘルツ光を照射したとき算出された反射率Ｒ（ωｉｎ）ｅｘｐと、を対比して、試料の相対反射率Ｒｒｒ  ｅｘｐを算出する。取得部１１３は、記憶部１０１に記憶された相対反射率Ｒｒｒとキャリアの減衰定数γとの関係を参照し、算出された試料の相対反射率Ｒｒｒ  ｅｘｐに対応するキャリアの減衰定数γｅｘｐを取得する。このように取得したキャリアの減衰定数γｅｘｐを式（１）に代入して、試料中のキャリアの移動度μｅｘｐを算出する。
【００４８】
参照帯域は、ＴＯフォノン周波数とＬＯフォノン周波数との間の高反射帯域とすることができる。ＴＯフォノン周波数及びＬＯフォノン周波数は、比誘電率が０となる周波数であり、ＴＯフォノン周波数とＬＯフォノン周波数との間では、比誘電率の値が負になる。比誘電率の値が０より小さい範囲は、テラヘルツ波が半導体中を伝播しにくいため、高反射する範囲となる。ここでいう「高反射帯域」とは、ＴＯフォノン周波数とＬＯフォノン周波数との間の帯域において、式（７）で示す反射率Ｒｓより反射率が高い帯域をいう。ｎは、十分高い周波数での比誘電率ε∞の平方根である。また、ｎａは空気の屈折率又は半導体を取り巻く媒質の屈折率である。
【００４９】
【数７】
0005601562.tif 000010
【００５０】
ｎａを空気の屈折率とすると、ｎａは１と表される。空気中に置かれたＧａＮの場合、√ε∞＝ｎ＝２．３１となり、Ｒｓ＝（２．３１−１）２／（２．３１＋１）２＝０．１５６となる。したがって、空気中に置かれたＧａＮの参照帯域は、ＴＯフォノン周波数とＬＯフォノン周波数との間の帯域において、反射率が約１６％より高い帯域とすることができる。
【００５１】
以下、図面を参照して本実施形態に係わる物性値測定装置の構成についてさらに具体的に説明する。
【００５２】
図４は、物性値測定装置の構成図の一例を示す。テラヘルツ光発振装置として、非特許文献５に記載のＤＡＳＴ結晶１１を用いた光パラメトリック発振器３を用いている。光パラメトリック発振器３の励起光２にはＮｄ：ＹＡＧレーザー１の第二高調波（波長：５３２ｎｍ）を用いている。励起光２が光パラメトリック発振器３に入射される。光パラメトリック発振器３内は、反射鏡４と透過鏡５で構成する一台の共振器内に結晶角度が僅かに異なるＫＴＰ結晶（ＫＴｉＯＰＯ４結晶）が２個設置されて、ＫＴＰ結晶６、７から異なる１．３μｍ帯の二波長９が発振される。１．３μｍ帯の二波長９が反射鏡８と反射鏡１０で反射し、ＤＡＳＴ結晶１１に入射することで、非線形光学効果により１．５ＴＨｚ以上４７ＴＨｚ以下のテラヘルツ光１２（図４ではテラヘルツ波）を取り出すことができる。発振したテラヘルツ光１２は、反射鏡１３で反射することにより、半導体１４に照射される。半導体１４で反射したテラヘルツ光１２を反射鏡１５で反射し、ＤＴＧＳ検出器１６（図４では、ＤＴＧＳ）で受光する。
【００５３】
つづいて、キャリアの移動度測定方法について、ＧａＮを例に挙げて図４を用いつつ説明する。まず、キャリアの移動度μとキャリアの減衰定数γとの関係式である式（１）を取得する。ついで、ＧａＮのテラヘルツ光に対する反射率Ｒとキャリアの減衰定数γとの関係を取得する。当該関係は、式（２）〜式（５）を用いて計算により求めてもよいし、標準品となるＧａＮのサンプルの反射スペクトルを測定することにより求めてもよい。計算による方法としては、たとえば、表２で示すサンプルから計算で導いたＧａＮの周波数に対する反射率Ｒの関係を調べ、図２で示すような反射スペクトルを得る方法がある。図２で示すスペクトルの横軸は周波数［ＴＨｚ］、縦軸は反射率Ｒを示す。また、図２のスペクトルには、キャリアの減衰定数γ４４７、５８０、７７４および９６９［ｃｍ−１］のＧａＮについての計算結果が示されている。ＧａＮでは、１７ＴＨｚ以上２０ＴＨｚ以下の帯域でキャリアの減衰定数γの変化によらず全反射する。また、２１ＴＨｚ以上２３ＴＨｚ以下の帯域では、キャリアの減衰定数γの変化により、反射率Ｒが変動する。したがって、１７ＴＨｚ以上２０ＴＨｚ以下の帯域を参照帯域とし、２１ＴＨｚ以上２３ＴＨｚ以下の帯域を測定帯域とし、参照帯域における反射率Ｒ（ωｉｎ）に対する測定帯域における反射率Ｒ（ωｏｕｔ）から相対反射率Ｒｒｒを求める。そして、図５で示すように、相対反射率Ｒｒｒとキャリア密度Ｎとの関係を求める。また、図３（ａ）で示すように、ＧａＮ中のキャリアの減衰定数γとキャリア密度Ｎとの関係を求める。こうすることにより、相対反射率Ｒｒｒを反射率Ｒとして、反射率Ｒとキャリアの減衰定数γとの関係を取得することができる。
【００５４】
ついで、キャリアの移動度μが未知のＧａＮの試料を用意し、試料設置部１０７に設置する。光照射部１０３は、参照帯域として高反射帯域の１７ＴＨｚ以上２０ＴＨｚ以下のテラヘルツ光を一光波、測定帯域としてキャリアの減衰定数γに応じて反射率Ｒが変化する２１ＴＨｚ以上２３ＴＨｚ以下のテラヘルツ波を一光波、計二光波を試料にそれぞれ照射する。
【００５５】
ついで、照射された参照帯域のテラヘルツ光と検出された反射光とを対比して、参照反射率Ｒ（ωｉｎ）ｅｘｐを算出する。また、照射された測定帯域のテラヘルツ光と検出された反射光とを対比して、測定反射率Ｒ（ωｏｕｔ）ｅｘｐを算出する。そして、式（６）に基づき測定反射率Ｒ（ωｏｕｔ）ｅｘｐと参照反射率Ｒ（ωｉｎ）ｅｘｐとを対比して試料の相対反射率Ｒｒｒを算出する。
【００５６】
ついで、あらかじめ取得した相対反射率Ｒｒｒとキャリアの減衰定数γとの関係を参照し、算出された試料の相対反射率Ｒｒｒ  ｅｘｐに対応する試料のキャリアの減衰定数γｅｘｐを取得する。
【００５７】
ついで、取得したキャリアの減衰定数γｅｘｐを式（１）に代入して、試料のキャリアの移動度μｅｘｐを算出する。
【００５８】
つづいて、本実施形態の作用効果について説明する。本実施の形態では、半導体のテラヘルツ光に対する反射率Ｒと、キャリアの減衰定数γとの関係をあらかじめ取得するため、テラヘルツ光に対する半導体の反射率Ｒを測定することにより、対応するキャリアの減衰定数γを取得して試料中のキャリアの移動度μを算出することができる。したがって、半導体のキャリアの移動度μを非破壊で短時間に測定することができる。
【００５９】
（第二の実施形態）
本実施の形態では、図１で示す物性値測定装置１００を抵抗率測定装置とてして用いる。本実施形態では、記憶部１０１に、電気抵抗率ρと半導体中のキャリアの減衰定数γとキャリア密度Ｎとの関係、テラヘルツ光に対する半導体の反射率Ｒとキャリア密度Ｎとの関係、及び、キャリア密度Ｎとキャリアの減衰定数γとの関係をそれぞれ記憶する。取得部１１３は、記憶された反射率Ｒとキャリア密度Ｎとの関係を参照し、試料の反射率Ｒｅｘｐに対応する試料のキャリア密度Ｎｅｘｐを取得するとともに、キャリア密度Ｎとキャリアの減衰定数γとの関係を参照し、取得したキャリア密度Ｎｅｘｐに対応する試料のキャリアの減衰定数γｅｘｐを取得する。物性値算出部１１５（抵抗率算出部）は、取得したキャリア密度Ｎｅｘｐ及びキャリアの減衰定数γｅｘｐに基づいて、記憶された電気抵抗率ρと減衰定数γとキャリア密度Ｎとの関係から、試料の電気抵抗率ρｅｘｐを算出する。その他の構成は、第一の実施形態と同様である。
【００６０】
記憶部１０１は、電気抵抗率ρとキャリアの減衰定数γとキャリア密度Ｎとの関係を式（８）として記憶する。
【００６１】
【数８】
0005601562.tif 000011
【００６２】
テラヘルツ光に対する半導体の反射率Ｒとキャリア密度Ｎとの関係は、たとえば、図５で示すようなグラフとして記憶部１０１に記憶される。図５では、反射率Ｒを相対反射率Ｒｒｒとして示している。相対反射率Ｒｒｒは、第一の実施形態で説明したように、式（６）から求められる。
【００６３】
キャリア密度Ｎとキャリアの減衰定数γとの関係は、図３（ａ）で示されるように、キャリアの減衰定数γがキャリア密度Ｎに対して線形に推移する関係として記憶部１０１に記憶される。
【００６４】
取得部１１３は、記憶部１０１を参照し、記憶された反射率Ｒとキャリア密度Ｎとの関係に基づいて、反射率算出部１１１から受け付けた反射率Ｒｅｘｐから対応するキャリア密度Ｎｅｘｐを取得する。取得部１１３は、取得したキャリア密度Ｎｅｘｐを物性値算出部１１５に送出する。
【００６５】
物性値算出部１１５は、記憶部１０１を参照し、記憶されたキャリア密度Ｎとキャリアの減衰定数γとの関係から試料中のキャリアの減衰定数γｅｘｐを取得する。さらに、物性値算出部１１５は、記憶部１０１を参照し、記憶された電気抵抗率ρとキャリアの減衰定数γとキャリア密度Ｎとの関係から試料の電気抵抗率ρを算出する。物性値算出部１１５は、算出した電気抵抗率ρを出力してもよい。
【００６６】
また、光照射部１０３は、測定帯域のテラヘルツ光および参照帯域のテラヘツ光を試料にそれぞれ照射することもできる。反射率算出部１１１は、測定帯域のテラヘルツ光を照射したとき算出された反射率Ｒ（ωｏｕｔ）ｅｘｐと、参照帯域のテラヘルツ光を照射したとき算出された反射率Ｒ（ωｉｎ）ｅｘｐとを対比して、試料の相対反射率Ｒｒｒ  ｅｘｐを算出する。取得部１１３は、記憶部１０１に記憶された相対反射率Ｒｒｒとキャリア密度Ｎとの関係を参照し、算出された試料の相対反射率Ｒｒｒ  ｅｘｐに対応するキャリア密度Ｎｅｘｐを取得する。このように取得したキャリア密度Ｎｅｘｐから、試料中のキャリアの減衰定数γｅｘｐを取得し、記憶された電気抵抗率ρとキャリアの減衰定数γとキャリア密度Ｎとの関係から試料の電気抵抗率ρｅｘｐを算出する。
【００６７】
参照帯域は、ＴＯフォノン周波数とＬＯフォノン周波数との間の高反射帯域とすることができる。
【００６８】
つづいて、抵抗率測定方法についてＧａＮを例に挙げて図４を用いつつ説明する。まず、キャリアの移動度μとキャリアの減衰定数γとキャリア密度Ｎとの関係式である式（７）を取得する。ついで、ＧａＮのテラヘルツ光に対する反射率Ｒと、キャリア密度Ｎとの関係を取得する。当該関係は、式（２）〜式（５）を用いて計算により求めてもよいし、標準品となるＧａＮのサンプルの反射スペクトルを測定することにより求めてもよい。計算による方法としては、たとえば、表２で示すサンプルから計算で導いたＧａＮの周波数に対する反射率Ｒの関係を調べ、図２で示すような反射スペクトルを得る方法がある。図２のスペクトルには、キャリア密度Ｎ０．０２４６、０．４２５、１．０３および１．７３［×１０１８ｃｍ−３］のＧａＮについての計算結果が示されている。１７ＴＨｚ以上２０ＴＨｚ以下の帯域を参照帯域とし、２１ＴＨｚ以上２３ＴＨｚ以下の帯域を測定帯域とし、参照帯域における反射率Ｒ（ωｉｎ）に対する測定帯域における反射率Ｒ（ωｏｕｔ）から相対反射率Ｒｒｒを求める。そして、この相対反射率Ｒｒｒを反射率Ｒとして、図５で示すような、相対反射率Ｒｒｒとキャリア密度Ｎとの関係を求める。また、図３（ａ）で示すように、ＧａＮ中のキャリアの減衰定数γとキャリア密度Nとの関係を求める。
【００６９】
ついで、電気抵抗率ρが未知のＧａＮの試料を用意し、試料設置部１０７に設置する。光照射部１０３は、参照帯域として高反射帯域の１７ＴＨｚ以上２０ＴＨｚ以下のテラヘルツ光を一光波、測定帯域としてキャリア密度Ｎに応じて反射率が変化する２１ＴＨｚ以上２３ＴＨｚ以下のテラヘルツ波を一光波、計二光波を試料にそれぞれ照射する。そして、第一の実施形態で説明したように、測定反射率Ｒ（ωｏｕｔ）ｅｘｐと参照反射率Ｒ（ωｉｎ）ｅｘｐとを対比して試料の相対反射率Ｒｒｒ  ｅｘｐを取得する。
【００７０】
ついで、あらかじめ取得しておいた相対反射率Ｒｒｒとキャリア密度Ｎとの関係を参照し、算出された試料の相対反射率Ｒｒｒ  ｅｘｐに対応する試料のキャリア密度Ｎｅｘｐを取得する。また、あらかじめ取得しておいたキャリア密度Ｎとキャリアの減衰定数γとの関係を参照し、算出された試料の相対反射率Ｒｒｒ  ｅｘｐに対応する試料のキャリアの減衰定数γｅｘｐを取得する。
【００７１】
ついで、取得したキャリアの減衰定数γｅｘｐ及びキャリア密度Ｎｅｘｐを式（８）に代入して、試料の電気抵抗率ρｅｘｐを算出する。
【００７２】
つづいて、本実施形態の作用効果について説明する。本実施の形態では、この発明によれば、半導体のテラヘルツ光に対する反射率Ｒと、キャリア密度Ｎとの関係、及び、キャリア密度Ｎとキャリアの減衰定数γとの関係をあらかじめ取得するため、テラヘルツ光に対する半導体の反射率Ｒを測定することにより、対応するキャリアの減衰定数γｅｘｐを取得して試料の電気抵抗率ρｅｘｐを算出することができる。したがって、半導体の電気抵抗率ρを非破壊で短時間に測定することができる。
【００７３】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【実施例】
【００７４】
（実施例１）
用いたＧａＮの試料は１５ｍｍ×１５ｍｍの四角形状、厚さ０．１ｍｍから１ｍｍである。試料は測定面に加工、研磨等を施していないａｓ−ｇｒｏｗｎ結晶である。反射率測定結果と計算値を図６に示す。実線が測定結果で、点線が計算値である。測定結果と計算値は整合している。１７ＴＨｚ〜２０ＴＨｚで高反射している。また、２１ＴＨｚ〜２３ＴＨｚで、反射率の変化が確認される。１７ＴＨｚ〜２０ＴＨｚで参照周波数を選択し、また、２１ＴＨｚ〜２３ＴＨｚか、もしくは１７ＴＨｚより小さい周波数で測定周波数を選択し、測定により得られた相対反射率から移動度及び電気抵抗率を算出した。結果を表３に示す。また、表３には、ホール測定から求めた移動度μＨａｌｌ、電気抵抗率ρＨａｌｌを合わせて示す。移動度について、テラヘルツ測定とホール測定の結果を比較した結果を図７に示す。また、電気抵抗率について、テラヘルツ測定とホール測定の結果を比較した結果を図８に示す。テラヘルツ測定結果はホール測定結果と一致しており、相対反射率Ｒｒｒに対してキャリア密度Ｎは図５で示される。ＲｒｒとＮとの関係がわかり、Ｎとγとの関係が明らかであるので、参照周波数及び測定周波数の２種類の周波数における反射率を測定することによりキャリアの減衰定数及び密度の値をそれぞれ算出して、移動度及び電気抵抗率を求めることができる。
【００７５】
【表３】
0005601562.tif 000012
【００７６】
この他、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、においても、キャリアの減衰定数、密度に依存せず反射率が一定である参照帯域、および、キャリアの減衰定数、密度に依存して反射率が変化する測定帯域の二つのテラヘルツ波を半導体に照射し、両光波の反射率の対比により移動度、電気抵抗率を算出できると考えられる。
【００７７】
（実施例２）
用いたシリコンの試料は直径２インチの円状で厚さ０．１ｍｍから１ｍｍである。電気抵抗は既知のサンプルを使用した。反射率測定結果を図９に示す。電気抵抗率の違いにより、反射スペクトルに違いが見られる。したがって、反射率が高い３ＴＨｚ以上４ＴＨｚ以下の周波数から参照周波数を選択し、反射スペクトルが変わる４ＴＨｚ〜１８ＴＨｚの周波数から測定周波数を選択し、参照周波数及び測定周波数の２種類の周波数における反射率を測定することによりキャリアの減衰定数及び密度の値をそれぞれ算出して、移動度及び電気抵抗率を求めることができる。
【００７８】
この他、Ｇｅにおいても、キャリアの減衰定数、密度に依存せず反射率が一定である参照帯域、および、キャリアの減衰定数、密度に依存して反射率が変化する測定帯域の二つのテラヘルツ波を半導体に照射し、両光波の反射率の対比により移動度、電気抵抗率を算出できると考えられる。
【符号の説明】
【００７９】
１    Ｎｄ：ＹＡＧレーザー
２    励起光
３    光パラメトリック発振器
４    反射鏡
５    透過鏡
６    ＫＴＰ結晶
７    ＫＴＰ結晶
８    反射鏡
９    １．３μ帯二波長
１０    反射鏡
１１    ＤＡＳＴ結晶
１２    テラヘルツ光
１３    反射鏡
１４    半導体
１５    反射鏡
１６    ＤＴＧＳ検出器
１００    物性値測定装置
１０１    記憶部
１０３    光照射部
１０５    テラヘルツ光
１０７    試料設置部
１０８    反射光
１０９    検出部
１１１    反射率算出部
１１３    取得部
１１５    物性値算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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