(57)【要約】【課題】マイクロ波光導電減衰法において、半導体の光照射された部分の導電率が大きく変化しても、導電率と反射マイクロ波の強度とが比例関係を維持できるようにして半導体キャリアライフタイムを測定する。【解決手段】半導体に励起光を照射することによる導電率変化と、半導体にマイクロ波を照射して反射されるマイクロ波の反射強度との関係から半導体キャリアライフタイムを測定する方法であって、半導体へのマイクロ波照射範囲での平均導電率変化を５０％以下とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体に励起光を照射することによる導電率変化と、半導体にマイクロ波を照射して反射されるマイクロ波の反射強度との関係から半導体キャリアライフタイムを測定する方法であって、半導体へのマイクロ波照射範囲での平均導電率変化を５０％以下とする半導体キャリアライフタイムの測定方法。
【請求項２】
前記励起光の照射部のフォトン密度が１０１５〜１０１７／ｃｍ２以下である、請求項１に記載の半導体キャリアライフタイムの測定方法。
【請求項３】
前記励起光が半導体試料のバンドギャップ以上のエネルギーを有するパルス光である、請求項１または２に記載の半導体キャリアライフタイムの測定方法。
【請求項４】
前記マイクロ波の周波数が１〜４０ＧＨｚである請求項１〜３のいずれかに記載の半導体キャリアライフタイムの測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体キャリアライフタイムの測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料中の金属不純物濃度を高精度に測定する方法として、微量の不純物金属による汚染や欠陥に鋭敏に反応するキャリアのライフタイムを、マイクロ波光導電減衰法により測定する方法が従来から知られている。
【０００３】
このマイクロ波光導電減衰法によるキャリアライフタイム測定は、半導体からの反射マイクロ波の強度と、光照射によって励起されたキャリアにより変化する半導体の導電率とが相関性があることを利用する測定法であり、非特許文献１にその基本的な原理について解説がある。
【０００４】
しかし、マイクロ波光導電減衰法では、光照射による注入フォトン密度が大きくなると、半導体中でのキャリア密度が大きくなり、所定以上のキャリア密度の状態では、キャリア密度と反射マイクロ波強度との間に比例関係がないという問題がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】“The study of charge carrier kinetics in semiconductors by microwave conductivity measurements”, M.Kunst, G.Beck, Journal of Applied Physics, vol.60, 3558, (1986)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、マイクロ波光導電減衰法において、半導体の光照射された部分の導電率が大きく変化しても、導電率と反射マイクロ波の強度とが比例関係を維持できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、半導体への光照射部分を制限することで、半導体へのマイクロ波照射範囲全体での平均導電率変化を小さくすることにより、半導体の導電率と反射マイクロ波の強度とが比例関係を維持できることが分かった。すなわち、本発明によれば、以下の半導体のキャリアライフタイム測定方法が提供される。
【０００８】
［１］半導体に励起光を照射することによる導電率変化と、半導体にマイクロ波を照射し
て反射されるマイクロ波の反射強度との関係から半導体キャリアライフタイムを測定する方法であって、半導体へのマイクロ波照射範囲での平均導電率変化を５０％以下とする半導体キャリアライフタイムの測定方法。
【０００９】
［２］前記励起光の照射部のフォトン密度が１０１５〜１０１７／ｃｍ２以下である、前記
［１］に記載の半導体キャリアライフタイムの測定方法。
【００１０】
［３］前記励起光が半導体試料のバンドギャップ以上のエネルギーを有するパルス光である前記［１］または［２］に記載の半導体キャリアライフタイムの測定方法。
【００１１】
［４］前記マイクロ波が周波数１〜４０ＧＨｚである前記［１］〜［３］のいずれかに記載の半導体キャリアライフタイムの測定方法。  
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明実施形態１の測定方法を実施する装置構成を示す図である。
【図２】従来の測定方法による測定結果を示す図である。
【図３】本発明実施形態１の測定結果を示す図である。
【図４】本発明実施形態２の測定方法を実施する装置構成を示す図である。
【図５】本発明実施形態３の測定方法を実施する装置構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１４】
（実施形態１）
本発明の反射マイクロ波によるキャリアライフタイム測定方法に係る装置構成の例を図１に示す。ガンダイオード１からマイクロ波を照射して、サーキュレータ２につながれた導波管３を通して半導体試料４にマイクロ波を入射させる。半導体試料で反射したマイクロ波は導波管３を通り、検出器５により検出される。一方、半導体試料４に励起光として光源６から発射されたパルス光７を照射することで、過剰キャリアが励起され、半導体試料４の導電率が変化する。半導体試料４の導電率とマイクロ波の反射率には相関があるため、反射マイクロ波の強度の変化ΔＰを観測することで半導体試料の導電率の変化Δσを観測することができる。なお、励起光が半導体試料のバンドギャップ以上のエネルギーを有するパルス光であることがキャリア励起の点で好ましく、マイクロ波の周波数が１〜４０ＧＨｚであることがマイクロ波の反射率変化の観測の点で好ましい。
【００１５】
このときの反射マイクロ波の強度の変化ΔＰと導電率の変化Δσの関係式は定常状態の反射マイクロ波強度をＰとすると次式（１）で近似することができる。
【数１】
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ここでΔσはキャリア濃度に比例するので、ΔＰの時間変化を観測することで励起されたキャリアの再結合過程、つまりキャリアライフタイムを観測することが可能となる。しか
しながら、上記の近似式（１）は非特許文献１に記載されているように、Δσが比較的小さい場合にのみ成り立つ。一方で、光照射によるフォトンが高密度で注入された状態では励起されたキャリアは平衡状態の半導体のキャリア密度よりも高い密度となる。したがって、通常の測定装置ではΔσが式（１）の適用可能な範囲を超える。
【００１６】
図２は１０ｍｍ×１０ｍｍの半導体試料としてｎ型４Ｈ‐ＳｉＣ（不純物濃度１０１５ｃｍ−３）を用い、波長３５５ｎｍの励起光を照射した状態での導波管（内径寸法22.86×10.16 mm：マイクロ波照射範囲）を通じた１０ＧＨｚの反射マイクロ波信号を観測した結果である。図２に示されるように、注入キャリア密度に相当する注入フォトン密度が比較的低い場合（＜５×１０１３ｃｍ−２）においては注入フォトン密度に対して、反射マイクロ波信号が比例関係（図中直線で示される傾き）を示している。しかしながら、注入フォトン密度が高くなると、反射マイクロ波信号は注入フォトン密度に比例していない。従って、この状態ではキャリアライフタイムは過大評価され、正確なキャリアライフタイムの見積りは不可能となる。
【００１７】
ところで、前記式（１）のΔσはマイクロ波照射範囲全体での平均導電率変化として捉えることができる。そこで、本発明による装置では、図１のピンホール８のように、励起光の照射範囲を絞る機構を備えることで、半導体試料４にキャリアが励起される範囲を制限し、注入フォトン密度（キャリア密度）が高くても低いΔσで測定を実施できる。つまり、注入フォトン密度から計算した、励起される範囲でのキャリア密度と、半導体試料のドーピングによるキャリア密度とを比較した結果、マイクロ波照射範囲全体での平均導電率変化５０％以下を満たす条件になる。ここで、ピンホールの直径を０．０５ｍｍとした時の注入フォトン密度に対する反射マイクロ波強度を図３に示す。１０１５〜１０１７ｃｍ−２という高い注入フォトン密度においても、注入フォトン密度に対する反射マイクロ波強度が比例関係にあることがわかる。
【００１８】
（実施形態２）
実施形態１におけるピンホール８にて光照射範囲を狭める代わりに、図４に示すように直径の小さいパルス光を発する光源９からの光が、マイクロ波照射範囲全体での平均導電率変化５０％以下を満たすような直径のものであればよい。
【００１９】
（実施形態３）
第１実施形態のピンホール８、あるいは第２実施形態の直径の小さいパルス光を発する光源９を用いるなど、マイクロ波照射範囲全体での平均導電率変化５０％以下を満たす測定装置構成であれば、マイクロ波照射部は如何なる形態でも構わない。例えば図５に示すようなキャビティ型の導波管１０内部に半導体試料４を設置する形態でも本発明を実施できる。キャビティ型の導波管１０内部に半導体試料４を設置することにより、マイクロ波の検出感度が高くなる場合がある。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明の方法は、半導体キャリアライフタイム測定方法に用いられる。
【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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