(57)【要約】【課題】  フォトルミネッセンス法により、非破壊、非接触で半導体試料の結晶構造欠陥の２次元分布の評価を高精度で行うことを可能にする方法及び装置を提供する。【解決手段】  半導体試料に光を照射して、該半導体試料によりフォトルミネッセンス光を放出させる工程、放出されたフォトルミネッセンス光を分光して、フォトルミネッセンス光の波長情報及び強度情報を得る工程、及び得られたフォトルミネッセンス光の波長情報及び強度情報から、半導体試料の結晶構造欠陥の二次元的な分布を得る工程を含み、半導体試料を構成する半導体が、ワイドギャップ半導体である、半導体試料の結晶構造欠陥の二次元的な分布を評価する方法。【選択図】      図３
2006147848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体試料の結晶構造欠陥の二次元的な分布を評価する方法であって、
前記半導体試料に光を照射して、該半導体試料によりフォトルミネッセンス光を放出させる工程、
放出されたフォトルミネッセンス光を分光して、フォトルミネッセンス光の波長情報及び強度情報を得る工程、及び、
得られたフォトルミネッセンス光の波長情報及び強度情報から、前記半導体試料の結晶構造欠陥の二次元的な分布を得る工程、
を含み、
前記半導体試料を構成する半導体が、ワイドギャップ半導体である、
ことを特徴とする、前記評価方法。
【請求項２】
前記半導体が炭化珪素であり、前記結晶構造欠陥が、マイクロパイプ欠陥、転位、積層欠陥及びインクルージョンのいずれかを含むことを特徴とする、請求項１に記載の評価方法。
【請求項３】
前記フォトルミネッセンス光の波長を７７５〜１７７１ｎｍの範囲内とし、前記半導体試料に照射する光の波長を変化させることにより、前記半導体試料の深さ方向の前記欠陥についての情報を得ることを特徴とする、請求項１または２に記載の評価方法。
【請求項４】
ワイドギャップ半導体により構成される半導体試料の結晶構造欠陥の二次元的な分布を評価するための装置であって、
前記半導体試料に光を照射して、該半導体試料によりフォトルミネッセンス光を放出させるための光源、
放出されたフォトルミネッセンス光を分光するための、分光手段、
分光されたフォトルミネッセンス光を検出するための、検出手段、
検出されたフォトルミネッセンス光の波長情報及び強度情報を得るための、情報解析手段、及び、
得られたフォトルミネッセンス光の波長情報及び強度情報から、前記半導体試料の結晶構造欠陥の二次元的な分布を得る、欠陥分布評価手段、
を備えることを特徴とする、前記評価装置。
【請求項５】
前記検出手段が、分光されたフォトルミネッセンス光の２次元情報を検出し得るものであることを特徴とする、請求項４に記載の評価装置。
【請求項６】
前記光源が、前記半導体試料に照射する光の波長を変化させることができるように構成されており、７７５〜１７７１ｎｍの範囲内の波長を有するフォトルミネッセンス光を放出させるものであり、
前記評価装置が、さらに、
前記欠陥分布評価手段により得られた前記半導体試料の結晶構造欠陥の二次元的な分布から、前記半導体試料の深さ方向の前記欠陥についての情報を得るための、欠陥の深さ方向についての評価手段、
を備えることを特徴とする、請求項４または５に記載の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体の評価方法及び装置に関し、特に、半導体ウエハの結晶構造欠陥に関する評価に好適な評価方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種電子デバイスの作製にあたり、基板として使用される半導体ウエハをあらかじめ評価しておくことは、その材料や作製すべきデバイス種の如何に拘らず極めて重要である。
従来、半導体デバイス用材料としては、シリコン（Si）、砒化ガリウム（GaAs）等が中心的に用いられてきているが、これらの材料の物性的限界を超える半導体として、「ワイドギャップ半導体」と呼ばれる禁制帯幅エネルギーの大きい半導体が大きな注目を集めている。この「ワイドギャップ半導体」は、青色発光素子用材料として有用であるばかりでなく、低い電力損失、高速スイッチ、高温動作など、従来のSiデバイスでは実現できない性能を発揮しうるデバイスを得るのにも有用である。
この「ワイドギャップ半導体」のうち、昨今特に、学術的には半導体に含まれるが、「半絶縁性」と区別的に呼ばれることもある炭化珪素（SiC）のウエハを使用してのデバイス作製が活発化してきている。SiCの持つ半絶縁性という特徴は、ウエハ中の点欠陥やバナジウム不純物が形成する深い準位によって、浅い準位を形成する残留不純物を補償することにより得られている。炭化珪素（SiC）ウエハを用いたデバイス作製の活発化に呼応して、近年、SiCウエハを高精度に評価したいとの要請がなされ始めてきた。
【０００３】
上記のような要請に対し、従来開発されていた評価方法としては、代表的に、１）光散乱法、２）エッチング法、３）X線トポグラフィー法、４）透過電子線回折法、５）フォトルミネッセンス法、が知られている。そこで以下、これらに関し、個々に説明する。
１）光散乱法：この方法は、ウエハに光を透過させることにより、結晶構造欠陥による光散乱を測定するもので、SiCウエハに対しては可視及び赤外領域の光が用いられ、SiCウエハを透過する光が欠陥により散乱され結晶欠陥を検出する手法である。この方法は、非破壊検査という特長があるが、この方法によって欠陥の存在は確認できても、欠陥の種類まで同定することは難しい。
２）エッチング法：この方法は、溶融水酸化カリウム（KOH）にSiCウエハを浸すことにより、結晶構造欠陥部分をエッチングして可視化する手法である。この方法は、マイクロパイプ、転位、積層欠陥、インクルージョン等の結晶構造欠陥の２次元密度分布を調べる手段として最も一般に使用されている。しかしながら、この方法は破壊試験であるため、評価したウエハそのものを使ってデバイスを作ることはできず、評価を行う場合には必ず高価なウエハを犠牲にしなければならない。また、この方法は、500℃に加熱した劇薬のKOHを使う必要があり、安全面でも問題がある。さらに、この方法では、点欠陥の密度分布まではわからいない。
３）X線トポグラフィー法：この方法は、X線回折を用いるものである。この方法によれば、エッチング法と同様、転位、積層欠陥、インクルージョン等の結晶構造欠陥の２次元密度分布がわかるが、点欠陥の密度分布まではわからない。この方法は、非破壊という特長をもつが、試料の反り等の形状が評価へ大きく影響する。さらに、この方法を用いて高精度の評価を行うには、数時間の測定あるいは、シンクトロン放射光のような大型特殊施設による高強度のX線源の使用が必要になる。
４）透過電子線回折法：この方法は、結晶構造欠陥に関しては非常に分解能が高いが、この方法を用いて半導体ウエハ全体のマッピングを行うことは、現実的には不可能である。また、この方法は破壊試験である。
【０００４】
５）フォトルミネッセンス法：この方法は、次のような原理を利用したものである。
図１は、フォトルミネッセンス過程の発生するメカニズム自体を説明するものであって、SiCのエネルギー・バンド構造を模式的に示しており、価電子帯１と伝導帯２の間の禁制帯３中には、深い準位４と浅い準位５が例示されている。
こうした材料に禁制帯３の幅よりも大きな光子エネルギーを持つ光が照射されると、価電子帯１から伝導帯２に亘る太目の矢印12で示したように、帯間吸収過程で過剰な電子−正孔対が生成され、これによって伝導帯２中に叩き上げられた電子の中、一部は矢印６によって示される捕獲過程で浅い準位５に、また他の一部は同様に矢印９によって示される捕獲過程で深い準位４に捕えられる。
これらの電子が矢印7、10で示されるように、価電子帯２中の正孔と再結合する過程で光を発生する事象が一般にフォトルミネッセンスと呼ばれ、このフォトルミネッセンスにより発生した光を分光分析すると、当該フォトルミネッセンス光の発光の原因となった準位の種類が特定でき、かつまた、その強度解析により、各特定した準位の濃度を知ることができる。
ただし、実際のフォトルミネッセンスでは、禁制帯幅エネルギーよりもやや小さな光子エネルギー領域に、図１中の矢印７で示される過程による浅い準位の存在に基づく発光の外、励起子発光、帯間遷移発光等、バンド端近傍発光と総称される発光現象が認められるが、一般には、上記浅い準位５の存在に基づく発光過程をして、これらバンド端近傍発光を代表させるのが通常である。
上記１）〜４）の従来法に比べて、フォトルミネッセンス法は、照射光を絞り込むことにより、ウエハ面上の微小領域の評価が行なえ、深さ方向にもデバイス作製用活性領域に対応した極めて浅い領域での一応の評価が行なえる点で、非破壊、非接触法であるすぐれた特長をもっている。フォトルミネッセンス法を利用した半導体評価技術としては、例えば、特公平７−１２０６９８号公報に記載されているものがある。この技術では、図２に示すような装置を用いて、半導体結晶の深い準位を測定することとしている。
【０００５】
【特許文献１】特公平７−１２０６９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の半導体のフォトルミネッセンスによる評価は、バンド端近傍発光の評価が中心であった。このため、不純物関連のバンド端近傍発光が弱い高純度の半導体については、フォトルミネッセンスを利用した詳細な検討は、あまりなされていなかった。
また、上記特公平７−１２０６９８号公報に記載されている方法によるGaAsを中心とした評価は、点欠陥に起因する深い準位のウエハ面内の分布状況を対象としているが、この方法によっても、一個一個の結晶構造欠陥の存在するところで深い準位の発光がどのように変化しているかはわからないのが実情であった。この方法によれば、大型の結晶構造欠陥の周囲で２次元的な発光強度変化を観察し得る可能性はあるが、変化の様子は測定装置の空間分解能よりも緩慢であり、仮に装置の分解能を高めたとしても、深い準位の発光の空間的変化から、エッチング法やＸ線トポグラフィー法に匹敵するような高い空間分解能の結晶構造欠陥の２次元的な分布を調べることは到底不可能であろうと考えられた。このことは、評価対象をGaAsに代えてSiとする場合も同様であった。
このような現状から、GaNあるいはSiCといったワイドバンドギャップ半導体についても、マイクロパイプ、転位、積層欠陥等の高精度の２次元分布の評価にフォトルミネッセンス法を利用することは考えられていなかった。
一方、現状のSiCの結晶性は、SiやGaAsに比べると非常に劣っている。このため、SiCウエハ中には、「マイクロパイプ」と呼ばれる直径がサブミクロン程度の巨大な空洞、結晶の規則的な原子配列のずれである「転位」、さらには結晶格子の積層構造の乱れである「積層欠陥」などの結晶構造欠陥が、数多く存在している。これらの結晶構造欠陥は、デバイスの特性、歩留り、及び信頼性に悪影響を与えるおそれがあるため、その低減化が最大の課題となる。また、上記の深い準位の原因となる点欠陥や不純物の分布は、結晶構造欠陥の分布に左右される。さらには、デバイス活性領域に結晶構造欠陥が存在すると、そのデバイスは動作不良を起こす可能性が極めて高くなる。
現状の技術では、ウエハ内にかなり高い密度で結晶構造欠陥が存在し、しかもその分布は極めて不均一であり、実際にもSiCウエハ上に構築された電子デバイスの特性にかなりばらつきを生み、結局は素子の歩留まりを低下させるのみならず、高信頼性、高性能化を図る上での大きな障害となっていた。
こうしたことから、この種の分野では、SiCウエハの結晶内における結晶構造欠陥の評価、特にウエハ面内に沿う結晶構造欠陥の密度分布を正確に得たいとの要求が強くなされるに至ったのである。
したがって、本発明は、フォトルミネッセンス法により、非破壊、非接触でマイクロパイプ、転位、積層欠陥等の半導体試料の結晶構造欠陥の２次元分布の評価を高精度で行うことを可能にする方法及び装置を提供することを目的とするものである。
本発明はさらに、半導体試料の深さ方向の結晶構造欠陥の分布の評価も実現しうる上記方法及び装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するにあたり、本発明者らはまず、評価すべき半導体試料の欠陥の種類に着目した。
すなわち、従来の半導体についてのフォトルミネッセンス法が評価対象としていた点欠陥は、深い準位を形成する原子オーダー（ナノオーダー以下）の「欠陥」であって、これを一つ一つ数えることは不可能である。上記特公平７−１２０６９８号公報に記載されている方法では、この点欠陥が原因のEL2という深い準位の分布状況を調べている。点欠陥は濃度的には1015cm-3程度（体積濃度）と多く、その評価はこれを一個一個を分解するのではなく、たとえば中心付近では端の2.6倍多いといったような評価を行うことになる。また、この欠陥をミクロ的に見た場合も、たとえば転位の周りでは転位から遠く離れたところより1.8倍多いといったような評価を行うことになる。
これに対し、結晶構造欠陥は、より大きい領域で結晶構造が正規の配列からずれているものであって、マイクロパイプ、転位、積層欠陥はこの結晶構造欠陥に当たる。結晶構造欠陥は濃度的には102〜104cm-2（面積密度）であり、したがって顕微鏡観察などで数えられる量である。
本発明者らは、通常はあまり着目されておらず測定も困難な、深い準位の発光に着目し、特に単結晶炭化珪素において、深い準位の発光と単結晶炭化珪素特有の欠陥であるマイクロパイプ欠陥および転位との関連性を見いだした。すなわち、上記のような特徴を有する結晶構造欠陥は、それ自体が深い準位を形成して発光する場合と、それ自体は発光を示す準位は形成せずに励起されたキャリヤを再結合させる場所を提供するにとどまる場合（非発光再結合センターを形成する場合）とがある。上記図１を参照すると、前者の場合、深い準位の発光１０の強度分布は直接的に結晶構造欠陥の分布を反映する。後者の場合は、結晶構造欠陥の存在する所では励起キャリヤが減少し浅い準位の発光７および深い準位の発光１０ともに減少する。従ってこの場合も、結晶構造欠陥の分布を反映した強度分布が得られる。以上により、結晶構造欠陥の２次元密度分布を調べることができることになる。
【０００８】
すなわち、本発明は、半導体試料の結晶構造欠陥の二次元的な分布を評価する方法であって、前記半導体試料に光を照射して、該半導体試料によりフォトルミネッセンス光を放出させる工程、放出されたフォトルミネッセンス光を分光して、フォトルミネッセンス光の波長情報及び強度情報を得る工程、及び、得られたフォトルミネッセンス光の波長情報及び強度情報から、前記半導体試料の結晶構造欠陥の二次元的な分布を得る工程を含み、前記半導体試料を構成する半導体が、ワイドギャップ半導体であることを特徴とする、前記評価方法を提供する。
本発明の方法において、前記半導体が炭化珪素であり、前記結晶構造欠陥が、マイクロパイプ欠陥、転位、積層欠陥及びインクルージョンのいずれかを含むのが好ましい。
また、本発明の方法において、前記フォトルミネッセンス光の波長を７７５〜１７７１ｎｍの範囲内とし、前記半導体試料に照射する光の波長を変化させることにより、前記半導体試料の深さ方向の前記欠陥についての情報を得ることもできる。
本発明はまた、ワイドギャップ半導体により構成される半導体試料の結晶構造欠陥の二次元的な分布を評価するための装置であって、前記半導体試料に光を照射して、該半導体試料によりフォトルミネッセンス光を放出させるための光源、放出されたフォトルミネッセンス光を分光するための、分光手段、分光されたフォトルミネッセンス光を検出するための、検出手段、検出されたフォトルミネッセンス光の波長情報及び強度情報を得るための、情報解析手段、及び、得られたフォトルミネッセンス光の波長情報及び強度情報から、前記半導体試料の結晶構造欠陥の二次元的な分布を得る、欠陥分布評価手段を備えることを特徴とする、前記評価装置を提供する。
本発明の装置において、前記検出手段が、分光されたフォトルミネッセンス光の２次元情報を検出し得るものであることが望ましい。
また、本発明の装置において、前記光源が、前記半導体試料に照射する光の波長を変化させることができるように構成されており、７７５〜１７７１ｎｍの範囲内の波長を有するフォトルミネッセンス光を放出させるものであり、前記評価装置が、さらに、前記欠陥分布評価手段により得られた前記半導体試料の結晶構造欠陥の二次元的な分布から、前記半導体試料の深さ方向の前記欠陥についての情報を得るための、欠陥の深さ方向についての評価手段を備えるものとすることができる。
いかなる理論にも拘束されるものではないが、本発明の方法及び装置を用いてSiC等のワイドギャップ半導体から構成される半導体試料の結晶構造欠陥の二次元的な分布（マッピング）を評価すると、従来のエッチング法やＸ線トポグラフィー法に匹敵するような鮮明な結晶構造欠陥の２次元的分布が現れる理由としては、SiC、GaN等のワイドバンドギャップ半導体では構成原子の結合エネルギーが大きく、結晶構造欠陥による励起キャリアの局在化が強いことが考えられる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果についてまとめると、次のとおりとなる。
・  本発明によれば、SiCウエハ中のマイクロパイプ、転位、積層欠陥等、昨今注目されている結晶構造欠陥の分布測定を、その種類の明確なる弁別を伴いながら、液体ヘリウム等の意図的な冷却媒体を要さず、簡単な装置系で安価に室温で、かつ非破壊、非接触で、ウエハ状態のまま、要すれば数μｍ程度（最高分解能としては1μm）という高い空間分解能をもって高精度に測定できる。
・  また、本発明を半導体ウエハの品質管理に応用した場合、出荷前に任意のウエハを選び出し、デバイス特性に直接の影響を与える当該ウエハの表面領域の結晶構造欠陥の密度分布を短時間で得ることも可能となる。
・  本発明によれば、任意抽出したウエハが受ける検査は、非破壊、非接触であり、またウエハが極低温環境に晒される等の厳しい熱サイクルの影響を受けることもないため、要すれば検査が終了した試料を出荷製品中に戻すこともできる。
・  また、本発明が上記のような特徴を有することから、ウエハが何等かのデバイス・プロセスに入った後も、任意のステップで何度でも、本発明により結晶構造欠陥の評価を行なうことができ、したがって各プロセス・ステップを経たことによる結晶構造欠陥の挙動の変化等、より高度な評価体制にも寄与することができる。
・  さらに、成長させたインゴットの側面を少し加工して研磨面とし、ここに本発明を適用すると、インゴットのまま、結晶成長軸方向の密度分布を調べることも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図３は、本発明による評価方法に用いる装置構成例の概略構成図である。
結晶構造欠陥に関し評価を受けるべき評価対象ウエハ４２は、Ｘ−Ｙステージ４１上に載置され、意図的な冷却も加熱も行なわれない、測定周囲環境そのままと言う意味での室温に置かれている。
ウエハ４２における帯間吸収遷移によりフォトルミネッセンス光を導出すべき照射光は、適当なレーザ光源４４からのレーザ光４５であり、集光レンズ（系）４６、ビーム・スプリッタ４８、および対物レンズ４３により、所望のスポット径に絞られて、ウエハ４２に照射される。ここで、対物レンズは、１μmまで紫外線を絞り込むことができると同時に紫外線が通過した際に可視光領域・近赤外線領域で蛍光を発しない性能を備えているのが望ましい。また、可視光領域・近赤外線領域のフォトルミネッセンス光は、低損失にて透過させるのが望ましい。ビーム・スプリッタ４８は、励起レーザ光４５とフォトルミネッセンス光とを完全に分離するとともに、可視光領域・近赤外線領域で蛍光を発しない性能を備えているのが望ましい。なお、空間分解能として１００μm程度があれば良いような場合には、レーザ光源４４からの光４５をビーム・スプリッタ４８を介さずに、側方斜め方向から直接ウエハ４２に当てることもできる。
本発明によれば、レーザ光源の波長を変えることにより、結晶構造欠陥の深さ方向の変化を調べることができる。この場合、一般には、禁制帯幅エネルギーよりも大きいエネルギーを持つレーザ光源を使用する。SiCウエハの評価には、Arレーザの第２高調波(244 nm)、Nd:YAGレーザの第４高調波(266 nm)、He-Cdレーザ(325nm)、Ar UVレーザ(360 nm)等を好適に使用することができるが、GaN系の紫外線半導体レーザを使用することも可能であると考えられる。また、禁制帯幅エネルギーよりも小さいエネルギーを持つレーザ光源であっても、深い準位の発光センターを直接励起できる場合があり、そのときは可視光レーザを使用することが可能である。これらのレーザの使用により、測定領域の深さを１μm以下から数１０μmまで変えることができる。
またＸ−Ｙステージ４１としては、マイクロパイプ、転位のような結晶構造欠陥を一個一個分離して観測するためには、1μm以下の位置再現性を有するものを使用するのが望ましい。同時に、将来の大口径化に備えて、ウエハ全面を高速に走査することが可能なＸ−Ｙステージを使用するのが望ましい。たとえば口径200mmの１枚のウエハを数１０分で高精度評価を行うためには、100mm/秒程度の走査速度を有するＸ−Ｙステージを使用することが必要となる。
ウエハ４２がＸ−Ｙステージ４１上に載置されているのは、相対的にレーザ光４５をウエハ表面において二次元走査するためであり、したがって、この目的が果たされる限り、そして上記の位置精度・蛍光対策が保たれる限り、図示構成に代え、レーザ光４５の方を光学的に偏向処理する等により、走査しても良いし、レーザ光４５もウエハ４２も、共に走査するようにしても良い。あるいは、検出器５１としてをCCD等の分光されたフォトルミネッセンス光の２次元情報が得られる検出器を用いることで、結晶構造欠陥の２次元分布を知ることができる。その場合、レーザ光による走査でなく、広い範囲にわたる光照射でもかまわない。
レーザ光４５の照射により、ウエハ４２の方から発せられたフォトルミネッセンス光は、対物レンズ４３、ビームスプリッタ４８、集光レンズ４９、波長選択フィルター（バンドパスフィルター）５０、検出器５１にて捕えられ、解析される。なおここで、特定の波長成分の光を抽出するためにビームスプリッタ４８を用いたが、替わりに分光器等の分散素子を用いることもできる。
【実施例】
【００１１】
［実施例1］
評価対象ウエハ４１として、通常市販されているSiC無添加半絶縁性ウエハを使用した。
このウエハをArUVレーザ（波長360nm=光子エネルギー3.44eV）で励起したときのフォトルミネッセンス・スペクトルには、図４に示すように、光子エネルギー1.3eV(波長950nm)のところにピークを持つ深い準位の発光帯が現れることが確認された。この発光は、通常市販されているSiC無添加半絶縁性ウエハでは一般的によく観測されるものであって、点欠陥の１種である空格子に起因するものである。また、バナジウム添加のSiC半絶縁性ウエハのフォトルミネッセンス・スペクトルでは、図５に示すように、0.9eV(1.4μm)にバナジウムに起因する発光帯が現れる。
このような深い準位の違いに応じて、図３の装置のバンドパスフィルターの波長を調節して、測定すべき発光帯を抽出する。なお、いずれのスペクトルにおいても、試料が半絶縁性結晶から構成されることに起因して、禁制帯端発光はきわめて弱いものであることが確認された。
次に、上記の図４の試料の無添加半絶縁性SiC結晶において、1.3eVの深い準位の発光強度のマッピング測定を行った。結果を図６に示す。マイクロパイプ、転位が明瞭に観察されていることがわかる。比較のため、図７として、図６の拡大図を示し、試料の同一部分をエッチングで観察した場合の結果を図８に示す。図７と図８は驚くほどよく一致しており、マイクロパイプは大型の暗点として、また転位は暗い線状パターンとして現れていることがはっきりと確認された。
もちろん、本発明による以上の方法原理、装置構成からして、SiC以外の各種半導体に対しても本発明が有効利用できることは明らかである。
【００１２】
［実施例2］
実施例１で示した結晶構造欠陥の深さ方向の変化を調べるため、励起レーザ光源の波長を変えて1.3eV発光帯の強度マッピング測定を行った。励起光としてはNd:YAGレーザの第4高調波（波長266nm=4.66eV、以下266nmと表記）、Ar-UVレーザ（波長360nm=3.44 eV、以下360nmと表記）の２種類を用いた。それぞれのレーザの6H-SiCに対する侵入深度は約1μｍ、約10μmである。
図９に、266nm励起における1.3eV発光帯のフォトルミネッセンス・マッピングを示す。一方、図１０に、試料の同じ箇所の360nm励起1.3eV発光帯のフォトルミネッセンス・マッピングを示す。いずれも空間分解能20μｍ、測定領域は8mm×8mmである。レーザの侵入長から、図９は基板表面から約1μｍまでの情報であり、図１０は、基板表面から約１０μｍまでの情報であることがわかる。図中、中央部のくさび状の結晶構造欠陥に注目すると、基板から１μmまでの深さの発光は弱いが、基板から約１０μｍのまでの深さの発光は強く、くさび状の欠陥は、基板から１μm以上深い位置に存在することがわかる。このように、励起波長を選択することで、結晶構造欠陥の深さ方向の情報を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
ワイドバンドギャップ半導体の一つであるGaNにおいて、Si、SiC等の従来の材料の常識を越える密度の結晶構造欠陥が存在している場合には、ナノレベルの結晶欠陥制御を行うことにより、GaNを使用した高輝度LEDの量産に対応している。しかしながら、ワイドバンドギャップ半導体において、すべての結晶構造欠陥の抑制は現実的でなく、デバイス特性に多大な影響を及ぼす結晶構造欠陥並びに不純物の同定及び制御を可能とすることが急務である。
本発明は、半導体結晶中の結晶構造欠陥と不純物の２次元及び３次元マッピングを非破壊で達成することを可能にするものであり、結晶構造欠陥ないし不純物とデバイス特性との相関関係を明確にすることができるため、材料及びデバイスの開発の促進に大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】フォトルミネッセンス法自体の原理を示す説明図である。
【図２】従来のフォトルミネッセンス法に用いる装置構成例の概略構成図である。
【図３】本発明による評価方法に用いる装置構成例の概略構成図である。
【図４】測定試料の無添加半絶縁性SiCウエハからのフォトルミネッセンス・スペクトルを示す特性図である。
【図５】測定試料のバナジウム添加半絶縁性SiCウエハからのフォトルミネッセンス・スペクトルを示す特性図である。
【図６】本発明により得られた無添加半絶縁性SiCウエハの２次元欠陥分布図である。
【図７】図６の部分拡大図である。
【図８】エッチング法による図７と同一部分の観察結果である。
【図９】本発明により得られた266nm励起におけるフォトルミネッセンス・マッピングである。
【図１０】本発明により得られた360nm励起における図９と同一領域のフォトルミネッセンス・マッピングである。
【符号の説明】
【００１５】
４１  高精度高速Ｘ−Ｙステージ
４２  評価対象半導体ウエハ
４３  対物レンズ
４４  レーザ光源
４５  レーザ・ビーム
４６  集光レンズ系
４７  フォトルミネッセンス光
４８  ビーム・スプリッタ
４９  集光レンズ系
５０  バンドパス・フィルター
５１  光強度検出器
【図１】
2006147848.tif 000003
【図２】
2006147848.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006147848.tif 000008
【図７】
2006147848.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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