(57)【要約】【課題】  過剰少数キャリアの実効ライフタイムを高精度に求めることができる過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定方法および過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定装置を提供する。【解決手段】  半導体の光導電率σｐｈを、半導体に照射する光の照射光強度Ｉｐｈを変化させて測定し、該照射光強度σｐｈと半導体の光導電率σｐｈとの関係を示す複数のプロット点を得る第１ステップと、連続する複数のプロット点からなる集合体１の複数についてそれぞれ近似直線を求め、該複数の近似直線において照射光強度Ｉｐｈが０の時の光導電率σｉｎｔをそれぞれ求め、その最大値を過剰少数キャリアのトラッピングによる光導電率σｔｒａｐとする第２ステップと、トラッピングによる光導電率σｔｒａｐを用いて過剰少数キャリアの実効ライフタイムτを求める第３ステップと、を有する。【選択図】  図１
2018157143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体の光導電率を、前記半導体に照射する光の照射光強度を変化させて測定し、該照射光強度と前記半導体の光導電率との関係を示す複数のプロット点を得る第１ステップと、
連続する前記複数のプロット点からなる集合体の複数についてそれぞれ近似直線を求め、該複数の近似直線において前記照射光強度が０の時の前記光導電率をそれぞれ求め、その最大値を過剰少数キャリアのトラッピングによる光導電率とする第２ステップと、
前記トラッピングによる光導電率を用いて前記過剰少数キャリアの実効ライフタイムを求める第３ステップと、
を有することを特徴とする過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定方法。
【請求項２】
前記第２ステップにおける隣設する一対の前記集合体は、一部の前記プロット点が重畳していることを特徴とする請求項１に記載の過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定方法。
【請求項３】
複数の前記集合体に用いられるプロット点は、前記第１ステップで得られた全てのプロット点であることを特徴とする請求項１または２に記載の過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定方法。
【請求項４】
照射光強度を変化させて光を半導体に照射する光照射手段と、
前記半導体に照射した前記光の照射光強度を測定する照射光強度測定手段と、
前記半導体の光導電率を測定する光導電率測定手段と、
前記照射光強度と前記光導電率との関係を示す複数の連続する複数のプロット点からなる集合体の複数についてそれぞれ近似直線を求め、該複数の近似直線において前記照射光強度が０の時の前記光導電率をそれぞれ求め、その最大値を過剰少数キャリアのトラッピングによる光導電率とするトラッピング光導電率算出回路と、
前記トラッピングによる光導電率を用いて、前記過剰少数キャリアの実効ライフタイムを求める、実効ライフタイム算出回路と、
を有することを特徴とする過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定方法および過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体基板に発生した過剰少数キャリアの実効ライフタイムを測定する方法として、μ−ＰＣＤ法（μ波検出光導電減衰法）とＱＳＳＰＣ法（擬定常光導電法）が知られており、市販装置が普及している。
【０００３】
ここで、実効ライフタイムは、例えば、特許文献１では、光導電率の照射光強度に対する増加率（傾き）が非常に大きく、さらにこの増加率（傾き）が照射光強度の増加とともに小さくなっていく非線形性の強い領域をトラッピング領域とし、比較的線形な領域をノントラッピング領域として識別し、ノントラッピング領域のデータから過剰少数キャリアの実効ライフタイムを求めている。トラッピング領域は照射光強度の低い領域に現れ、ノントラッピング領域は照射光強度の高い領域に現れる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１５７９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、トラッピング効果を補正するために測定者がノントラッピング領域を特定する必要があるが、ノントラッピング領域が一義的に決まらないという課題があった。その結果、測定者によってトラッピングによる光導電率σｔｒａｐの値、ひいては実効ライフタイムτの値がばらつくという課題があった。
【０００６】
本発明は、過剰少数キャリアの実効ライフタイムを高精度に求めることができる過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定方法および過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定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】
【０００７】
本発明の過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定方法は、半導体の光導電率を、前記半導体に照射する光の照射光強度を変化させて測定し、該照射光強度と前記半導体の光導電率との関係を示す複数のプロット点を得る第１ステップと、連続する前記複数のプロット点からなる集合体の複数についてそれぞれ近似直線を求め、該複数の近似直線において前記照射光強度が０の時の前記光導電率をそれぞれ求め、その最大値を過剰少数キャリアのトラッピングによる光導電率とする第２ステップと、前記トラッピングによる光導電率を用いて前記過剰少数キャリアの実効ライフタイムを求める第３ステップと、を有する。
【０００８】
本発明の過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定装置は、照射光強度を変化させて光を半導体に照射する光照射手段と、前記半導体に照射した前記光の照射光強度を測定する照射光強度測定手段と、前記半導体の光導電率を測定する光導電率測定手段と、前記照射光強度と前記光導電率との関係を示す複数の連続する複数のプロット点からなる集合体の複数についてそれぞれ近似直線を求め、該複数の近似直線において前記照射光強度が０の時の前記光導電率をそれぞれ求め、その最大値を過剰少数キャリアのトラッピングによる
光導電率とするトラッピング光導電率算出回路と、前記トラッピングによる光導電率を用いて、前記過剰少数キャリアの実効ライフタイムを求める、実効ライフタイム算出回路と、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、過剰少数キャリアの実効ライフタイムを高精度に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の過剰少数キャリアの実効ライフタイムの測定方法を示すフローチャートである。
【図２】測定した照射光強度Ｉｐｈと半導体の光導電率σｐｈの関係を示すグラフである。
【図３】過剰少数キャリアのトラッピングによる光導電率の測定方法を説明するもので、（ａ）は複数のプロット点で構成された複数の集合体に対して近似曲線を引いた状態を示す説明図であり、（ｂ）（ｃ）は複数のプロット点で構成された複数の集合体を示す説明図である。
【図４】（ａ）は、図３に示すように複数の集合体に対してそれぞれ近似曲線を引いて求めた複数のトラッピングによる光導電率σｉｎｔを示すグラフであり、（ｂ）は、光導電率σｉｎｔの最大値を、トラッピングによる光導電率σｔｒａｐとして求めた過剰少数キャリアの実効ライフタイムτを示すグラフである。
【図５】本発明の過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定装置を模式的に示す図である。
【図６】特許文献１に示す方法でノントラッピング領域を求め、このノントラッピング領域からトラッピングによる光導電率σｔｒａｐを求めたグラフである。
【図７】図６の光導電率σｔｒａｐを用いて求めた過剰少数キャリアの実効ライフタイムτを示すグラフであり、（ａ）は光導電率σｔｒａｐが最小値の場合、（ｂ）は光導電率σｔｒａｐが最大値の場合のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態である過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定方法および過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定装置を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１２】
（過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定方法）
本実施形態の過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定方法は、図１に示すように、まず半導体の光導電率σｐｈを、半導体に照射する光の照射光強度Ｉｐｈを変化させて測定し、照射光強度Ｉｐｈと光導電率σｐｈの関係を示す複数のプロット点を得る（第１ステップ）。照射光強度Ｉｐｈに対して光導電率σｐｈをプロットした例を図２に示す。
【００１３】
次に、トラッピングによる光導電率を求める方法を説明する。まず、トラッピングによる光導電率について説明する。図２に示されるように、照射光強度Ｉｐｈ［Ｓｕｎ］の小さい領域において、光導電率の照射光強度Ｉｐｈに対する半導体の光導電率σｐｈ［Ｓ／ｃｍ］の増加率（傾き）は非常に大きく、増加率（傾き）が照射光強度Ｉｐｈの増加とともに小さくなっていく。この現象は、Ｐ型多結晶シリコン基板の光導電率測定において一般的に観察されるものである。
【００１４】
この現象は、照射光によって励起された過剰少数キャリアが、浅いエネルギー準位にあるトラップ準位によりトラップされ、価電子帯に残されたホールが再結合の相手を失うことによって、光導電率σｐｈが増加すること（トラッピング効果）により起こると考えられる。このようなトラッピング効果を含んだ照射光強度Ｉｐｈと光導電率σｐｈの関係を
用いて過剰少数キャリアの実効ライフタイムτを求めると、照射光強度Ｉｐｈの小さい領域で実効ライフタイムτを見掛け上異常に大きく評価することになる。従って、トラッピングによる光導電率の影響を最小限として、過剰少数キャリアの実効ライフタイムτを求めることが望ましい。
【００１５】
次に、トラッピングによる光導電率σｔｒａｐの求め方について説明する。第１ステップの測定結果から、照射光強度Ｉｐｈに対する光導電率σｐｈのプロット点、およびこのプロット点に隣接した（連続した）プロット点を一定数抽出し、連続した複数のプロット点からなる集合体を便宜上作成する。
【００１６】
そして、連続した複数のプロット点からなる集合体について線形近似し、近似直線のσｐｈ軸切片、つまりＩｐｈ＝０における光導電率σｉｎｔを算出する。上記抽出からσｉｎｔの計算までの操作を、照射光強度Ｉｐｈの全領域に作成された集合体において繰り返す。そして、照射光強度Ｉｐｈの全集合体におけるσｉｎｔの最大値を、トラッピングによる光導電率σｔｒａｐとする（第２ステップ）。
【００１７】
すなわち、半導体の光導電率σｐｈを、半導体に照射する光の照射光強度Ｉｐｈを変化させて測定した結果は、図２、図３（ａ）に□で示すように、（Ｉｐｈ、σｐｈ）で表されるプロット点として表され、複数のプロット点からなる曲線で表される。
【００１８】
そして、図３（ｂ）に示すように、連続した９点のプロット点からなる集合体１を複数便宜上作成する。この図３（ｂ）では、便宜上、隣設する複数の集合体１として、二点鎖線（１ａ）、一点鎖線（１ｂ）、および波線（１ｃ）で示した３つの集合体１ａ、１ｂ、１ｃを記載したが、これらの集合体１は、図２、図３（ａ）で示される全プロット点を用いて作成される。隣設する集合体１ａと集合体１ｂ、隣設する集合体１ｂと集合体１ｃは、８点のプロット点が重複している。
【００１９】
言い換えれば、集合体１ｂは、集合体１ａの２番目のプロット点から連続した９点のプロット点で構成され、集合体１ｃは、集合体１ａの３番目のプロット点から連続した９点のプロット点で構成されている。
【００２０】
そして、これらの集合体１ａ、１ｂ、１ｃについて、図３（ａ）に示すように、近似直線を求め、Ｉｐｈ＝０における光導電率σｉｎｔを計算する。
【００２１】
近似直線は、例えば、数式（１）を用いて求める。
【００２２】
【数１】
2018157143.tif 000003
【００２３】
近似直線の切片σｉｎｔは、例えば、次の数式（２）を用いて求める。
【００２４】
【数２】
2018157143.tif 000004
【００２５】
なお、図３（ｂ）では、９点のプロット点から集合体１を形成したが、特に限定されるものではなく、９点未満でもよく、１０点以上でも良い。集合体中のプロット点数は任意であり、少ないほど原理上の精度は上がる一方、測定時のノイズの影響を受けやすくなるので、実際の測定時のノイズを勘案して適切な値を選択する必要がある。
【００２６】
また、上記形態では、全プロット点を用いて複数の集合体１を作成したが、プロット点の一部を用いて複数の集合体を作成しても良い。例えば、光導電率σｉｎｔが最大値をとりそうにない、照射光強度Ｉｐｈが小さい領域を除いて、集合体を作成することもできる。
【００２７】
さらに、プロット点を１点ずつずらして複数の集合体１を作成したが、２点以上ずらして集合体を作成しても良い。図３（ｃ）に２点ずつずらして３つの集合体１ａ、１ｂ、１ｃを作成した場合を記載する。また、複数の集合体１は、ある程度の精度を有するならば、重畳するプロット点がなくても、言い換えれば、集合体１同士が離れていても良い。
【００２８】
また、集合体１は便宜上作成されたもので、プログラムで抽出し、さらに近似直線を求め、光導電率σｉｎｔ、光導電率σｔｒａｐを求めることができる。
【００２９】
次に、過剰少数キャリアの実効ライフタイムτを求める方法を説明する（第３ステップ）。まず、半導体の光導電率σｐｈ［Ｓ／ｃｍ］から、数式（３）を用いて過剰少数キャリア密度Δｎ［ｃｍ−３］を求める。
【００３０】
【数３】
2018157143.tif 000005
【００３１】
ただし、数式（３）において、ｑは、キャリアの電荷であり、μnは、電子の移動度で
あり、μｐはホールの移動度である。実際にはμnとμpは半導体基板のドーピング濃度や過剰少数キャリア密度Δｎにも依存して若干変化するため、Δnを数式(３)から求める場
合には、繰り返し計算によってμn、μpとΔnの収束値を求める必要がある。
【００３２】
また、照射光強度Ｉｐｈ［Ｓｕｎ］から、数式（４）を用いてキャリア対生成率Ｇ［ｃｍ−３ｓ−１］を求める。
【００３３】
【数４】
2018157143.tif 000006
【００３４】
ただし、数式（４）において、Ｉｐｈ［Ｓｕｎ］はＳｕｎ単位の照射光強度（光センサの出力）、０．０３８［Ａｃｍ−２Ｓｕｎ−１］は理想的な光センサにおける１Ｓｕｎ受光時の短絡電流密度ｊｓｃの定義値、ｑ［Ｃ］は電子の電荷１．６０２×１０−１９ ク
ーロン、Ｗ［ｃｍ］は半導体基板の厚みである。また、ｏｐｔ（ｏｐｔｉｃａｌ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）は標準太陽光によりキャリブレーションされた光センサの出力値（Ｓｕｎ単位照射光強度）からＧを計算するときの補正係数である。通常のＱＳＳＰＣ測定では、照射スペクトルが太陽光スペクトルに近いとして１−（Ｓｉ基板の反射率）で近似される。
【００３５】
このようにして求めたキャリア対生成率Ｇと過剰少数キャリア密度Δｎを数式（５）に代入することによって、過剰少数キャリアの実効ライフタイムτが求まる。
【００３６】
【数５】
2018157143.tif 000007
【００３７】
以上述べたように、本実施形態の過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定方法は、連続する複数のプロット点からなる集合体１の複数についてそれぞれ近似直線を求め、該複
数の近似直線において照射光強度Ｉｐｈが０の時の光導電率σｉｎｔをそれぞれ求め、その最大値を過剰少数キャリアのトラッピングによる光導電率σｔｒａｐとして、過剰少数キャリアの実効ライフタイムτを求めたため、過剰少数キャリアのトラッピングによる光導電率σｔｒａｐを一義的に求めることができ、測定者によるトラッピングによる光導電率σｔｒａｐのばらつきがなくなり、過剰少数キャリアの実効ライフタイムτを高精度に測定することができる。
【００３８】
（過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定装置）
図５は、本発明の実施形態である、過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定装置を模式的に示す図である。本実施形態の過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定装置は、図５に示すように、光照射手段１１と、光導電率測定手段１２と、トラッピング光導電率算出回路１３と、実効ライフタイム算出回路１４と、図示せぬ照射光強度測定手段と、制御回路１５とを有している。
【００３９】
光照射手段１１は、連続的に強度が変化する光を半導体２１に照射する。光の照射時間は半導体２１の実効ライフタイムに比べて十分に長い時間とする。また、照射する光は、可視光に限定されるものではないが、光子エネルギーが半導体２１のバンドギャップ以上のエネルギーを有する波長領域である必要がある。このような光照射手段１１としては、例えば、ＱＳＳＰＣ法の市販装置に搭載されている光照射手段のような既知の光照射手段を用いることができる。
【００４０】
光導電率測定手段１２は、詳細な図示を省略するが、例えば、半導体２１に近接して配置されたコイルと、コイルに高周波電圧を加える電圧印可手段と、コイルを流れる電流を測定する電流測定手段と、コイルに流れる電流の変化から半導体２１の光導電率を算出する光導電率算出回路を有している。光導電率測定手段１２は、コイルを流れる電流を計測することによって半導体２１の光導電率を測定し、測定データをトラッピング光導電率算出回路１３および実効ライフタイム算出回路１４へ出力する。
【００４１】
照射光強度測定手段は、半導体２１に照射した光の照射光強度を測定する。そして、測定した光の照射光強度のデータをトラッピング光導電率算出回路１３へ出力する。このような照射光強度測定手段としては、既知の種々の光センサを用いることができる。
【００４２】
トラッピング光導電率算出回路１３は、入力された光の照射光強度と光導電率との関係を用いて、過剰少数キャリアのトラッピングによる光導電率σｉｎｔを算出して特定し、そのデータを実効ライフタイム算出回路１４へ出力する。詳細には、線形近似するプロット点の集合体１をずらしながら集合体毎にトラッピングによる光導電率σｉｎｔを算出し、その最大値を真のトラッピング光導電率σｔｒａｐとする。
【００４３】
実効ライフタイム算出回路１４は、トラッピング光導電率算出回路１３から入力されたトラッピングによる光導電率σｔｒａｐを示すデータと、光導電率測定手段１２から入力された光導電率のデータを用いて、過剰少数キャリアの実効ライフタイムτを算出する。
【００４４】
制御回路１５は、光照射手段１１，光導電率測定手段１２，図示せぬ照射光強度測定手段，トラッピング光導電率算出回路１３および実効ライフタイム算出回路１４を制御する。なお、光導電率測定手段１２の光導電率算出回路，トラッピング光導電率算出回路１３，実効ライフタイム算出回路１４および制御回路１５は、ＣＰＵやメモリによって構成することができる。また、トラッピング光導電率の算出や実効ライフタイムの算出は、前述した過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定方法で説明した種々の数式を用いて行う。
【００４５】
このような本実施形態の過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定装置は、強度を変化
させて光を半導体に照射する光照射手段１１と、半導体に照射した光の照射光強度を測定する照射光強度測定手段と、半導体の光導電率を測定する光導電率測定手段１２と、照射光強度と光導電率との関係を示す複数の連続する複数のプロット点からなる集合体の複数についてそれぞれ近似直線を求め、該複数の近似直線において照射光強度が０の時の光導電率σｉｎｔをそれぞれ求め、その最大値を過剰少数キャリアのトラッピングによる光導電率σｔｒａｐとするトラッピング光導電率算出回路１３と、トラッピングによる光導電率σｔｒａｐを用いて、過剰少数キャリアの実効ライフタイムτを求める、実効ライフタイム算出回路１４と、を有する。これにより、過剰少数キャリアのトラッピングによる影響を容易に取り除くことができ、過剰少数キャリアの実効ライフタイムτを高精度に測定することができる。
【実施例】
【００４６】
本発明の過剰少数キャリアの実効ライフタイム測定方法を用いて過剰少数キャリアの実効ライフタイムを求めた具体例について説明する。
【００４７】
図５の測定装置を用いて、半導体の光導電率を、半導体に照射する光の照射光強度を変化させてＱＳＳＰＣ法により測定し、照射光強度Ｉｐｈ［Ｓｕｎ］に対する光導電率σｐｈ［Ｓ／ｃｍ］を図２に示すようにプロットした。ただし１Ｓｕｎ＝１００ｍＷ／ｃｍ２である。また、測定試料は、多結晶シリコンブロックから切り出された後に、ＮａＯＨにより表面エッチング処理されたＰ型多結晶シリコン基板（厚さ１７０μｍ）であり、パッシベーション膜などは形成されていない。なお、数式（４）中のｏｐｔ（１−（Ｓｉ基板の反射率））は、０．７１３とした。
【００４８】
本発明の過剰少数キャリアの実効ライフタイムの測定法において、図２のデータから集合体毎に近似直線のσｐｈ軸切片、つまりＩｐｈ＝０における光導電率σｉｎｔを計算し、その最大値をトラッピング光導電率σｔｒａｐとし、図４（ａ）に示した。
【００４９】
そして、図４で求めたトラッピング光導電率σｔｒａｐと数式（３）、（４）を用いて数式（５）から過剰少数キャリアの実効ライフタイムτを求め、図４（ｂ）に記載した。
【００５０】
なお、比較例として、特許文献１にて開示された方法に基づいてノントラッピング領域を求め、トラッピング光導電率σｔｒａｐを求め、図６に記載した。この図６からわかるように、トラッピング光導電率σｔｒａｐは一義的に決まらず、トラッピング光導電率σｔｒａｐの範囲は、およそ０．１３１（線形近似領域：Ｉｐｈ＝６３．１〜７５．３Ｓｕｎ）から０．１６６（線形近似領域：Ｉｐｈ＝３５．９〜４６．３Ｓｕｎ）［Ｓ／ｃｍ］となった。
【００５１】
このトラッピング光導電率σｔｒａｐの範囲０．１３１〜０．１６６のうち、最小値０．１３１と、最大値０．１６６を用いて、数式（３）、（４）を用いて数式（５）から過剰少数キャリアの実効ライフタイムτを求め、それぞれ図７（ａ）、（ｂ）に記載した。
【００５２】
図７（ｂ）から理解できるように、トラッピング光導電率σｔｒａｐが最大値の０．１６６である場合には、本発明の実効ライフタイムτに近いものの、最小値０．１３１である場合（図７（a））には、トラッピング光導電率σｔｒａｐが最大値０．１６６の場合
の実効ライフタイムτ（図７（ｂ））と大きく異なっており、照射光強度Ｉｐｈの小さい領域において、実効ライフタイムτが大きくなっていることから、トラッピング効果を十分に補正できておらず、測定者によってばらつきが大きいことがわかる。
【００５３】
これに対して、本発明では、トラッピング光導電率σｔｒａｐを一義的に求めることができ、過剰少数キャリアの実効ライフタイムを高精度に測定できることがわかる。
【符号の説明】
【００５４】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ：集合体
１１：光照射手段
１２：光導電率測定手段
１３：トラッピング光導電率算出回路
１４：実効ライフタイム算出回路
１５：制御回路
２１：半導体
【図１】
2018157143.tif 000008
【図２】
2018157143.tif 000009
【図３】
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【図４】
2018157143.tif 000011
【図５】
2018157143.tif 000012
【図６】
2018157143.tif 000013
【図７】
2018157143.tif 000014