(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードの活性層の評価方法において、
（ａ）発光ダイオードに微小交流電流を付加した直流電流を印加し、
（ｂ）前記発光ダイオードから放射された光を分光器で分光し、
（ｃ）その直流成分と交流成分のそれぞれの発光スペクトルを記録し、
（ｄ）前記直流成分と交流成分の発光スペクトルのピーク波長差が大きい場合には、前記発光ダイオードの活性層の組成不均一性が大きく、前記ピーク波長差が小さい場合には前記発光ダイオードの活性層の組成不均一性が小さいと判定することを特徴とする発光ダイオードの活性層の評価方法。
【請求項２】
請求項１記載の発光ダイオードの活性層の評価方法において、前記微小交流電流は、交流電流０．２ｍＡから５ｍＡであることを特徴とする発光ダイオードの活性層の評価方法。
【請求項３】
請求項２記載の発光ダイオードの活性層の評価方法において、前記微小交流電流の周波数は、７５Ｈｚから１００ｋＨｚであることを特徴とする発光ダイオードの活性層の評価方法。
【請求項４】
発光ダイオードの活性層の評価装置において、
（ａ）微小交流電流を付加した直流電流を供給する電源と、
（ｂ）該電源に接続される発光ダイオードと、
（ｃ）該発光ダイオードから放射された光を光学系を介して分光する分光器と、
（ｄ）該分光器からの出力信号を光電子増倍管を介して直流成分の発光スペクトルを記録する直流電流検出装置と、
（ｅ）前記分光器からの出力信号を前記光電子増倍管を介して交流成分の発光スペクトルを記録する交流電流検出装置とを具備することを特徴とする発光ダイオードの活性層の評価装置。
【請求項５】
発光ダイオードの活性層の評価方法において、
（ａ）直流成分と微小交流成分からなる光強度を有するレーザー光を発光ダイオードに作用させ、
（ｂ）前記発光ダイオードから放射された光を分光器で分光し、
（ｃ）前記レーザー光の直流成分と交流成分のそれぞれの発光スペクトルを記録し、
（ｄ）前記直流成分と交流成分の発光スペクトルのピーク波長差が大きい場合には、前記発光ダイオードの活性層の組成不均一性が大きく、前記ピーク波長差が小さい場合には前記発光ダイオードの活性層の組成不均一性が小さいと判定することを特徴とする発光ダイオードの活性層の評価方法。
【請求項６】
発光ダイオードの活性層の評価装置において、
（ａ）発光ダイオードに作用させる直流成分と微小交流成分からなる光強度を有するレーザー光発生装置と、
（ｂ）前記発光ダイオードから放射された光を分光する分光器と、
（ｃ）該分光器からの出力信号を光電子増倍管を介して直流成分の発光スペクトルを記録する直流電流検出装置と、
（ｄ）前記分光器からの出力信号を前記光電子増倍管を介して交流成分の発光スペクトルを記録する交流電流検出装置とを具備することを特徴とする発光ダイオードの活性層の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード（レーザーダイオードを含む）及びダイオード加工前の活性層形成ウエハ、チップの活性層における組成不均一性を評価する方法およびその評価装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）の評価方法としては、以下に示すような方法があった。
【０００３】
（１）質量分析法
この質量分析法によれば、活性層を構成している元素の構成比を得ることができる。しかし、この質量分析法では、破壊評価法のため製品の評価に用いることはできない。また、測定には大がかりな設備が必要であり、高コストである。
【０００４】
（２）光学的評価法
この光学的評価法は、発光スペクトルと光吸収スペクトル、発光励起スペクトル等を組み合わせた非破壊評価方法であり、比較的簡便で低コストな手法である。しかし、二種類以上の測定法を組み合わせるために手間と時間がかかる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の質量分析法または光学的評価法は、上記したように、それぞれ問題点を有している。
【０００６】
本発明は、上記問題点を除去し、直流（ＤＣ）電流に重畳した広い範囲の交流（ＡＣ）で一定した安定な信号により、発光ダイオードの活性層の評価を行うことができる発光ダイオードの活性層の評価方法およびその評価装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、
〔１〕発光ダイオードの活性層の評価方法において、発光ダイオードに微小交流電流を付加した直流電流を印加し、前記発光ダイオードから放射された光を分光器で分光し、その直流成分と交流成分のそれぞれの発光スペクトルを記録し、前記直流成分と交流成分の発光スペクトルのピーク波長差が大きい場合には、前記発光ダイオードの活性層の組成不均一性が大きく、前記ピーク波長差が小さい場合には前記発光ダイオードの活性層の組成不均一性が小さいと判定することを特徴とする。
【０００８】
〔２〕上記〔１〕記載の発光ダイオードの活性層の評価方法において、前記微小交流電流は、交流電流０．２ｍＡから５ｍＡであることを特徴とする。
【０００９】
〔３〕上記〔２〕記載の発光ダイオードの活性層の評価方法において、前記微小交流電流の周波数は、７５Ｈｚから１００ｋＨｚであることを特徴とする。
【００１０】
〔４〕発光ダイオードの活性層の評価装置において、微小交流電流を付加した直流電流を供給する電源と、この電源に接続される発光ダイオードと、この発光ダイオードから放射された光を光学系を介して分光する分光器と、この分光器からの出力信号を光電子増倍管を介して直流成分の発光スペクトルを記録する直流電流検出装置と、前記分光器からの出力信号を前記光電子増倍管を介して交流成分の発光スペクトルを記録する交流電流検出装置とを具備することを特徴とする。
【００１１】
〔５〕発光ダイオードの活性層の評価方法において、直流成分と微小交流成分からなる光強度を有するレーザー光を発光ダイオードに作用させ、前記発光ダイオードから放射された光を分光器で分光し、前記レーザー光の直流成分と交流成分のそれぞれの発光スペクトルを記録し、前記直流成分と交流成分の発光スペクトルのピーク波長差が大きい場合には、前記発光ダイオードの活性層の組成不均一性が大きく、前記ピーク波長差が小さい場合には前記発光ダイオードの活性層の組成不均一性が小さいと判定することを特徴とする。
【００１２】
〔６〕発光ダイオードの活性層の評価装置において、発光ダイオードに作用させる直流成分と微小交流成分からなる光強度を有するレーザー光発生装置と、前記発光ダイオードから放射された光を分光する分光器と、この分光器からの出力信号を光電子増倍管を介して直流成分の発光スペクトルを記録する直流電流検出装置と、前記分光器からの出力信号を前記光電子増倍管を介して交流成分の発光スペクトルを記録する交流電流検出装置とを具備することを特徴とする。
【００１３】
なお、本発明において、発光ダイオードとは、レーザーダイオードやウエハに形成された発光ダイオードをも含む広義に解するものとする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
本発明の実施例について述べる前に、背景となる考え方について説明する。
【００１６】
発光ダイオードの活性層には、多くの場合半導体混晶（ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ等）が使われる。組成比に空間的揺らぎがあると、エネルギーギャップにも空間的な揺らぎが存在し、発光準位にある程度のエネルギー幅が生じる。基本的に、直流電流によって発光ダイオードの活性層に注入されたキャリア（電子と正孔）は、エネルギーギャップの一番小さなところで再結合して発光する。
【００１７】
しかし、直流電流を大きくしてキャリアが増えるにつれて、エネルギーギャップの小さなところからの発光は飽和し、あふれたキャリアがそれより大きなエネルギーギャップをもつところから発光するようになる。これらの発光の重ね合わせが、発光ダイオードの発光スペクトルの直流成分である。
【００１８】
微小交流電流を付加した場合を考えると、発光強度が揺らぐのはエネルギーギャップの比較的大きなところなので、発光スペクトルの交流成分が直流成分よりも短波長側にシフトすることになる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施例を示す発光ダイオードの評価測定システムの構成図、図２はその供試発光ダイオードに印加される電流波形を示す図である。
【００２１】
これらの図において、１は電源（電流源又は電圧源）、２は供試発光ダイオード、３は光学系、４は分光器、５は光電子増倍管、６は交流電流検出装置、７は直流電流検出装置（デジタルマルチメータ）である。
【００２２】
そこで、まず、供試発光ダイオード２に、図２に示すように、直流電流と微小交流電流を重畳して流す。
【００２３】
その状態で、供試発光ダイオード２から放射された光を分光器４で分光し、光電子増倍管５を介して、直流成分を直流電流検出装置７により、交流成分を交流電流検出装置６によりそれぞれのスペクトルを記録する。なお、交流電流検出装置６では、図示しないが、ロックインアンプを有し、直流電流に重畳した交流電流の周波数でロックして測定する。
【００２４】
ところで、発光ダイオードの活性層の組成不均一性が小さい場合には、発光準位は一つしか存在しないが、組成不均一性が大きくなると発光準位は有限のエネルギー幅を持つようになる。本発明の特徴は、組成不均一性の大小を直接反映しているこの現象をプローブとして用いていることである。
【００２５】
このようにして、直流成分と交流成分の発光スペクトルのピーク波長差から、組成不均一性の大小を評価することができる。例えば、両成分のピーク波長が一致していれば、図３に示すように、組成不均一性は小さい。
【００２６】
逆に、図４に示すように、ピーク波長差が大きければ、組成不均一性は大きいと言える。
【００２７】
発光準位に分布がある場合、各発光準位の状態密度は図３の準位に比べると小さい。図４から明らかなように低い準位からの発光は直流電流で飽和し、微小交流電流は最も高いエネルギーをもつ準位からの発光を与えるため直流成分と交流成分の発光ピークにずれが生じる。
【００２８】
このように、本発明によれば、発光ダイオードの活性層における組成不均一性の直接的な評価を、短時間で簡便かつ非破壊的に低コストで行うことができる。さらに、フェルミ面近傍のキャリアによる発光を選択的に測定できるという、従来の測定法には無い新しい特徴を有する。
【００２９】
以下、本発明の実施例の実験データについて説明する。
【００３０】
（１）供試発光ダイオードに印加される印加交流の大きさと周波数は、
ＩＡＣ＝０．２ｍＡ、ｆ＝３３０Ｈｚである。
【００３１】
（２）光電子増倍管で検出される交流成分の出力電流のレベルは、発光ダイオードからの光を集める光学系や分光器、光電子増倍管への印加電圧にも依存するので一概には言えないが、参考までに、今回は、３００ｐＡ程度である。測定精度と再現性は、普通の発光スペクトル測定と同程度に優れている。
【００３２】
（３）測定対象となった発光ダイオードの数とそれぞれのピークシフト値
図５に示すように、ＡｌＧａＡｓ・ＤＨＳ赤色ＬＥＤ、ＩｎＧａＮ・ＳＱＷ緑色ＬＥＤ、ＩｎＧａＮ・ＳＱＷ青色ＬＥＤの３種類を測定した。ピークシフト量はそれぞれ０ｍｅＶ、４４ｍｅＶ、２６ｍｅＶである。
【００３３】
（４）その他の実施例として、ピークシフトの直流電流依存性を測定した。ＩｎＧａＮ・ＳＱＷ緑色ＬＥＤに対する実験結果を図６に示す。直流電流ＩＤＣが小さいときにはピークシフトが小さく、直流電流ＩＤＣを増やすにつれてピークシフト量も大きくなるが、傾きは次第に小さくなっている。
【００３４】
直流電流値ＩＤＣによってピークシフトが変化するので、組成揺らぎを評価する際には直流電流ＩＤＣを一定にしなければならないことが分かる。
【００３５】
図７は供試ＩｎＧａＮ・ＳＱＷ緑色ＬＥＤのピークシフトのばらつきチェック結果（ＩＤＣ＝２０ｍＡ，ＩＡＣ＝１ｍＡ，ｆ＝３３０Ｈｚ，室温）を示す図であり、ピークシフトは、３５〜５５ｍｅＶの間でバラついている。
【００３６】
図８は、供試ＩｎＧａＮ・ＳＱＷ緑色ＬＥＤのピークシフトの交流電流振幅依存性結果（ＩＤＣ＝２０ｍＡ，ｆ＝３３０Ｈｚ，室温）を示す図であり、交流電流０．５ｍＡから５ｍＡまでは、ピークシフトは４５ｍｅＶから４８ｍｅＶの範囲にある。
【００３７】
図９は供試ＩｎＧａＮ・ＳＱＷ緑色ＬＥＤのピークシフトの交流電流周波数依存性結果（ＩＤＣ＝２０ｍＡ，ＩＡＣ＝１ｍＡ，室温）を示す図であり、周波数７５Ｈｚから１００ｋＨｚの領域であれば、ピークシフトは４６ｍｅＶから４９ｍｅＶの範囲にある。
【００３８】
図１０は本発明の他の実施例を示す発光ダイオードの評価測定システムの構成図である。
【００３９】
この図において、１１はそのレーザー発生装置（半導体レーザー装置、ガスレーザー装置、固体レーザー装置でもよい）であり、図１０の左上部に示すように、直流成分と微小交流成分からなるレーザー光強度を得ることができる。１２は発光ダイオードウエハ、１３はその発光ダイオードウエハ１２からの発光を受ける光学系、１４は図１に示したような測定装置であり、図示しないが、分光器、光電子増倍管、交流電流検出装置、直流電流検出装置からなる。
【００４０】
このように、図１から図９に示した実施例では、発光ダイオードにＤＣ＋ＡＣ電流を流してキャリアを注入し、その発光スペクトルを測定する例について述べたが、この実施例では、ＤＣ＋ＡＣの強度を持つレーザー励起光でキャリアを励起して発光スペクトルを測定する。
【００４１】
また、上記実施例では、微小交流電流は正弦波として説明しているが、これに限定するものではなく、方形波や三角波、ランプ波等の場合にも適用することができる。
【００４２】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００４４】
（Ａ）直流電流に重畳した広い範囲の交流（電流値，周波数）で一定した安定な信号により、発光ダイオードの活性層の評価を行うことができる。
【００４５】
すなわち、直流成分と交流成分の発光スペクトルのピーク波長差が大きい場合には、発光ダイオードの活性層の組成不均一性が大きく、前記ピーク波長差が小さい場合には前記発光ダイオードの活性層の組成不均一性が小さいと判定することができる。
【００４６】
（Ｂ）装置が簡便である。つまり、市販品の組み合わせで構築することができる。
【００４７】
（Ｃ）非破壊試験である。
【００４８】
（Ｄ）発光ダイオードの製造プロセスの安定性チェックに適用可能であり、直接量子井戸構造の形成状況のばらつきチェックに適用可能である。
【００４９】
このように、本発明は、発光ダイオードの設計・開発・製造過程におけるデバイスの評価に貢献するところが大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す発光ダイオードの評価測定システムの構成図である。
【図２】図１の供試発光ダイオードに印加される電流波形を示す図である。
【図３】本発明にかかる直流成分と交流成分の発光スペクトルのピーク波長が一致し、発光ダイオードの活性層の組成不均一性が小さい場合を示す図である。
【図４】本発明にかかる直流成分と交流成分の発光スペクトルのピーク波長差が大きく、発光ダイオードの活性層の組成不均一性が大きい場合を示す図である。
【図５】本発明にかかるＡｌＧａＡｓ・ＤＨＳ赤色ＬＥＤ、ＩｎＧａＮ・ＳＱＷ緑色ＬＥＤ、ＩｎＧａＮ・ＳＱＷ青色ＬＥＤの３種類のピークシフト量を示す図である。
【図６】本発明にかかるＩｎＧａＮ・ＳＱＷ緑色ＬＥＤに対するピークシフトの直流電流依存性を示す図である。
【図７】本発明にかかるＩｎＧａＮ・ＳＱＷ緑色ＬＥＤに対するピークシフトのばらつきチェックの結果を示す図である。
【図８】本発明にかかるＩｎＧａＮ・ＳＱＷ緑色ＬＥＤに対するピークシフトの交流電流振幅依存性を示す図である。
【図９】本発明にかかるＩｎＧａＮ・ＳＱＷ緑色ＬＥＤに対するピークシフトの交流電流周波数依存性を示す図である。
【図１０】本発明の他の実施例を示す発光ダイオードの評価測定システムの構成図である。
【符号の説明】
１    電源
２    供試発光ダイオード
３，１３    光学系
４    分光器
５    光電子増倍管
６    交流電流検出装置
７    直流電流検出装置
１１    レーザー発生装置
１２    発光ダイオードウエハ
１４    測定装置
【図１】
0003589958.tif 000002
【図２】
0003589958.tif 000003
【図３】
0003589958.tif 000004
【図４】
0003589958.tif 000005
【図５】
0003589958.tif 000006
【図６】
0003589958.tif 000007
【図７】
0003589958.tif 000008
【図８】
0003589958.tif 000009
【図９】
0003589958.tif 000010
【図１０】
0003589958.tif 000011