JPH05142045A - フオトルミネツセンス測定装置 - Google Patents
フオトルミネツセンス測定装置Info
- Publication number
- JPH05142045A JPH05142045A JP33261091A JP33261091A JPH05142045A JP H05142045 A JPH05142045 A JP H05142045A JP 33261091 A JP33261091 A JP 33261091A JP 33261091 A JP33261091 A JP 33261091A JP H05142045 A JPH05142045 A JP H05142045A
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- JP
- Japan
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- excitation light
- light intensity
- intensity
- photoluminescence
- excitation
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- Pending
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Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 フォトルミネッセンス発光における放出光の
励起光強度依存性の測定を、精度よく簡単な操作で短時
間に行なえるようにする。 【構成】 コントローラ１９が、励起光強度を時間の関
数として指数関数的に変化させるとともに、検出器１８
の感度を励起光強度に同期して変化させ励起光強度に逆
比例するように制御する。処理部２１では、放出光に対
する検出信号Sigを時間について微分し、その微分値か
ら放出光の励起光強度依存性を表わす値を求める。
励起光強度依存性の測定を、精度よく簡単な操作で短時
間に行なえるようにする。 【構成】 コントローラ１９が、励起光強度を時間の関
数として指数関数的に変化させるとともに、検出器１８
の感度を励起光強度に同期して変化させ励起光強度に逆
比例するように制御する。処理部２１では、放出光に対
する検出信号Sigを時間について微分し、その微分値か
ら放出光の励起光強度依存性を表わす値を求める。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体や蛍光体にレー
ザ光等の励起光を照射し、それによって生じるフォトル
ミネッセンス発光による放出光を分析するフォトルミネ
ッセンス測定装置に関するものであり、特に、放出光に
おける注目するスペクトル線の強度の励起光強度に対す
る依存性を測定するフォトルミネッセンス測定装置に関
する。
ザ光等の励起光を照射し、それによって生じるフォトル
ミネッセンス発光による放出光を分析するフォトルミネ
ッセンス測定装置に関するものであり、特に、放出光に
おける注目するスペクトル線の強度の励起光強度に対す
る依存性を測定するフォトルミネッセンス測定装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】半導体や蛍光体のフォトルミネッセンス
測定において、放出光における注目するスペクトル線の
励起光強度依存性を知ることにより、そのスペクトル線
の同定の助けとなり、また、そのスペクトル線の性質、
例えば励起子発光か否か、バンド間遷移発光か否か、格
子欠陥等の非発光中心の熱活性化の様子はどうか、等が
明らかとなり、結晶の光物性を評価することができる。
例えば、図３は温度１０Ｋにおいて測定したＧａＡｓの
フォトルミネッセンス・スペクトルを示すものであり、
図３（ｂ）のスペクトルは、図３（ａ）のスペクトルに
対して励起光強度を２０倍、放出光の検出感度を１／５
０にして測定したものである。図３（ａ）と（ｂ）を比
較すればわかるように、このスペクトルにおけるピーク
ＡとピークＢとでは励起光強度に対する依存性が異なっ
ており、このようなスペクトル線の励起光強度依存性を
測定することにより、そのスペクトル線の性質を知るこ
とができる。この場合は、ピークＡが励起子発光に対応
し、ピークＢがバンド間遷移発光に対応する。
測定において、放出光における注目するスペクトル線の
励起光強度依存性を知ることにより、そのスペクトル線
の同定の助けとなり、また、そのスペクトル線の性質、
例えば励起子発光か否か、バンド間遷移発光か否か、格
子欠陥等の非発光中心の熱活性化の様子はどうか、等が
明らかとなり、結晶の光物性を評価することができる。
例えば、図３は温度１０Ｋにおいて測定したＧａＡｓの
フォトルミネッセンス・スペクトルを示すものであり、
図３（ｂ）のスペクトルは、図３（ａ）のスペクトルに
対して励起光強度を２０倍、放出光の検出感度を１／５
０にして測定したものである。図３（ａ）と（ｂ）を比
較すればわかるように、このスペクトルにおけるピーク
ＡとピークＢとでは励起光強度に対する依存性が異なっ
ており、このようなスペクトル線の励起光強度依存性を
測定することにより、そのスペクトル線の性質を知るこ
とができる。この場合は、ピークＡが励起子発光に対応
し、ピークＢがバンド間遷移発光に対応する。
【０００３】図３に示すようなフォトルミネッセンス・
スペクトルの注目するスペクトル線について励起光強度
依存性を調べるには、まず、その注目するスペクトル線
に対応した適当な波長範囲、例えば図３において(＊)印
で示した範囲を測定するように分光器を調整する。次
に、励起光強度を何通りか変えて、単位面積当たりの励
起光の放射束すなわち励起光強度Inと、単位面積当たり
の励起光の照射に対応するフォトルミネッセンス発光に
よる放出光の放射束すなわち放出光強度Outとの関係を
表わす図４に示すような測定データを得る。ここで、一
般に励起光強度Inと放出光強度Outとは Out＝C1・Inr … ただし、 C1:比例定数 という関係にあることが知られているので、フォトルミ
ネッセンス発光における放出光強度の励起光強度依存性
を測定することは、この関係式におけるｒを求めること
に帰着する。したがって、上記のようにして得られた測
定データを演算処理することにより、この関係式におけ
るｒを求めればよい。
スペクトルの注目するスペクトル線について励起光強度
依存性を調べるには、まず、その注目するスペクトル線
に対応した適当な波長範囲、例えば図３において(＊)印
で示した範囲を測定するように分光器を調整する。次
に、励起光強度を何通りか変えて、単位面積当たりの励
起光の放射束すなわち励起光強度Inと、単位面積当たり
の励起光の照射に対応するフォトルミネッセンス発光に
よる放出光の放射束すなわち放出光強度Outとの関係を
表わす図４に示すような測定データを得る。ここで、一
般に励起光強度Inと放出光強度Outとは Out＝C1・Inr … ただし、 C1:比例定数 という関係にあることが知られているので、フォトルミ
ネッセンス発光における放出光強度の励起光強度依存性
を測定することは、この関係式におけるｒを求めること
に帰着する。したがって、上記のようにして得られた測
定データを演算処理することにより、この関係式におけ
るｒを求めればよい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記ｒを求め
るには、励起光強度Inを何通りか変え、その変える毎に
放出光強度Outを測定する必要があるため、測定のため
の操作が煩雑であった。また、このとき励起光強度Inを
数桁（通常は２〜３桁までの範囲）にわたって変化させ
るので、検出器の感度が一定であれば検出信号の変化す
る範囲が広くなりすぎ、測定範囲全体にわたって高い測
定精度を維持するのが困難である。このため、励起光強
度を変える際に必要に応じて検出器の感度も変えなけれ
ばならず、これにより測定のための操作が一層煩雑なも
のとなる。
るには、励起光強度Inを何通りか変え、その変える毎に
放出光強度Outを測定する必要があるため、測定のため
の操作が煩雑であった。また、このとき励起光強度Inを
数桁（通常は２〜３桁までの範囲）にわたって変化させ
るので、検出器の感度が一定であれば検出信号の変化す
る範囲が広くなりすぎ、測定範囲全体にわたって高い測
定精度を維持するのが困難である。このため、励起光強
度を変える際に必要に応じて検出器の感度も変えなけれ
ばならず、これにより測定のための操作が一層煩雑なも
のとなる。
【０００５】そこで本発明は、測定精度を低下させるこ
となく簡単な操作で短時間に放出光強度の励起光強度依
存性を測定することができるフォトルミネッセンス測定
装置を提供することを目的とする。
となく簡単な操作で短時間に放出光強度の励起光強度依
存性を測定することができるフォトルミネッセンス測定
装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載のフォトルミネッセンス測定装置
は、励起光を測定対象試料の表面に照射し、励起光を照
射された試料からのフォトルミネッセンス発光による放
出光を検出手段によって検出して、前記励起光の強度に
対する該放出光の依存性を測定するフォトルミネッセン
ス測定装置であって、単位面積当たりの前記励起光の放
射束すなわち励起光強度を変化させる励起光強度変更手
段と、前記放出光を検出する検出手段の感度を前記励起
光強度と負の相関関係を有するように前記励起光強度に
応じて変化させる検出感度変更手段と、を備えた構成と
している。
め、請求項１に記載のフォトルミネッセンス測定装置
は、励起光を測定対象試料の表面に照射し、励起光を照
射された試料からのフォトルミネッセンス発光による放
出光を検出手段によって検出して、前記励起光の強度に
対する該放出光の依存性を測定するフォトルミネッセン
ス測定装置であって、単位面積当たりの前記励起光の放
射束すなわち励起光強度を変化させる励起光強度変更手
段と、前記放出光を検出する検出手段の感度を前記励起
光強度と負の相関関係を有するように前記励起光強度に
応じて変化させる検出感度変更手段と、を備えた構成と
している。
【０００７】また、請求項２に記載のフォトルミネッセ
ンス測定装置は、励起光を測定対象試料の表面に照射
し、励起光を照射された試料からのフォトルミネッセン
ス発光による放出光を検出手段によって検出して、前記
励起光の強度に対する該放出光の依存性を測定するフォ
トルミネッセンス測定装置であって、単位面積当たりの
前記励起光の放射束すなわち励起光強度を時間の経過と
ともに指数関数的に変化させる励起光強度変更手段と、
前記放出光を検出して得られた検出信号を時間について
微分する微分手段と、を備えた構成としている。
ンス測定装置は、励起光を測定対象試料の表面に照射
し、励起光を照射された試料からのフォトルミネッセン
ス発光による放出光を検出手段によって検出して、前記
励起光の強度に対する該放出光の依存性を測定するフォ
トルミネッセンス測定装置であって、単位面積当たりの
前記励起光の放射束すなわち励起光強度を時間の経過と
ともに指数関数的に変化させる励起光強度変更手段と、
前記放出光を検出して得られた検出信号を時間について
微分する微分手段と、を備えた構成としている。
【０００８】そして、請求項３に記載のフォトルミネッ
センス測定装置は、励起光を測定対象試料の表面に照射
し、励起光を照射された試料からのフォトルミネッセン
ス発光による放出光を検出手段によって検出して、前記
励起光の強度に対する該放出光の依存性を測定するフォ
トルミネッセンス測定装置であって、試料に照射される
前記励起光の全放射束を一定に保ったままで前記励起光
の照射面積を変化させるスポットサイズ変更手段を備え
た構成としている。
センス測定装置は、励起光を測定対象試料の表面に照射
し、励起光を照射された試料からのフォトルミネッセン
ス発光による放出光を検出手段によって検出して、前記
励起光の強度に対する該放出光の依存性を測定するフォ
トルミネッセンス測定装置であって、試料に照射される
前記励起光の全放射束を一定に保ったままで前記励起光
の照射面積を変化させるスポットサイズ変更手段を備え
た構成としている。
【０００９】
【作用】請求項１に記載のフォトルミネッセンス測定装
置では、励起光強度変更手段によって励起光強度を増大
させると、その増大に伴って検出感度変更手段が放出光
の検出感度を低下させるため、検出手段から出力される
検出信号は感度が一定の場合よりも小さくなる。他方、
励起光強度を減少させると、その減少に伴って励起光強
度変更手段が放出光の検出感度を向上させるため、検出
手段から出力される検出信号は感度が一定の場合よりも
大きくなる。ところで、励起光強度と放出光強度とは正
の相関関係があり、励起光強度を増大させると放出光強
度も増大し、励起光強度を減少させると放出光強度も減
少する。したがって、検出信号が変化する範囲を、検出
感度が一定の場合に比べ狭い範囲内に収めることができ
る。これにより、従来は励起光強度の変化範囲が広い場
合に手動により感度を変える必要があったが、このよう
な手動操作を不要とすることができる。
置では、励起光強度変更手段によって励起光強度を増大
させると、その増大に伴って検出感度変更手段が放出光
の検出感度を低下させるため、検出手段から出力される
検出信号は感度が一定の場合よりも小さくなる。他方、
励起光強度を減少させると、その減少に伴って励起光強
度変更手段が放出光の検出感度を向上させるため、検出
手段から出力される検出信号は感度が一定の場合よりも
大きくなる。ところで、励起光強度と放出光強度とは正
の相関関係があり、励起光強度を増大させると放出光強
度も増大し、励起光強度を減少させると放出光強度も減
少する。したがって、検出信号が変化する範囲を、検出
感度が一定の場合に比べ狭い範囲内に収めることができ
る。これにより、従来は励起光強度の変化範囲が広い場
合に手動により感度を変える必要があったが、このよう
な手動操作を不要とすることができる。
【００１０】請求項２に記載のフォトルミネッセンス測
定装置では、励起光強度変更手段が時間の経過とともに
励起光強度を指数関数的に変化させ、この変化に伴い放
出光強度も指数関数的に変化する。すなわち、励起光強
度Inを時間ｔに対して In＝I010bt と変化させると、式より放出光強度Outは Out＝C1I0 r10rbt となる。ただし、 I0：t=0における励起光強度 b ：定数 である。上式を時間ｔについて微分すると dOut/dt＝C1I0 r10rbt・rb・loge10＝Out・rb・loge10 となるので、放出光の励起光強度依存性を表わす値ｒは r＝（dOut/dt）／（Out・b・loge10） となる。したがって、励起光強度Outを表わす検出信号
を時間について微分する微分手段から出力される値を用
いて、放出光の励起光強度依存性を求めることができ
る。
定装置では、励起光強度変更手段が時間の経過とともに
励起光強度を指数関数的に変化させ、この変化に伴い放
出光強度も指数関数的に変化する。すなわち、励起光強
度Inを時間ｔに対して In＝I010bt と変化させると、式より放出光強度Outは Out＝C1I0 r10rbt となる。ただし、 I0：t=0における励起光強度 b ：定数 である。上式を時間ｔについて微分すると dOut/dt＝C1I0 r10rbt・rb・loge10＝Out・rb・loge10 となるので、放出光の励起光強度依存性を表わす値ｒは r＝（dOut/dt）／（Out・b・loge10） となる。したがって、励起光強度Outを表わす検出信号
を時間について微分する微分手段から出力される値を用
いて、放出光の励起光強度依存性を求めることができ
る。
【００１１】請求項３に記載のフォトルミネッセンス測
定装置では、励起光の全放射束一定の条件の下でスポッ
トサイズ変更手段によって励起光の照射面積を変える
と、それに応じて試料に照射される励起光の単位面積当
たりの放射束（励起光強度）が変化する。いま、試料に
照射される励起光の全放射束をItとし照射面積をA1とす
ると、励起光の照射による試料からの放出光の全放射束
O1は、式より O1＝C1Inr・A1＝C1(It/A1)r・A1＝C1Itr・A1 1-r となる。このときに比べてスポットサイズ変更手段が励
起光の照射面積をａ倍にし、照射面積が A2＝a・A1 となったとすると、試料に照射される励起光の全放射束
Itは一定であるので、放出光の全放射束O2は O2＝C1Inr・A2＝C1(It/A2)r・A2＝C1Itr・A2 1-r となる。したがって、 O2/O1＝(A2/A1)1-r＝a1-r となり、放出光の励起光強度依存性を表わす値ｒは r＝1−loga（O2/O1） となる。よって、二つの異なる照射面積に対応する二つ
の検出値、すなわちO1及びO2に対応する検出値から、放
出光の励起光強度依存性を求めることができる。
定装置では、励起光の全放射束一定の条件の下でスポッ
トサイズ変更手段によって励起光の照射面積を変える
と、それに応じて試料に照射される励起光の単位面積当
たりの放射束（励起光強度）が変化する。いま、試料に
照射される励起光の全放射束をItとし照射面積をA1とす
ると、励起光の照射による試料からの放出光の全放射束
O1は、式より O1＝C1Inr・A1＝C1(It/A1)r・A1＝C1Itr・A1 1-r となる。このときに比べてスポットサイズ変更手段が励
起光の照射面積をａ倍にし、照射面積が A2＝a・A1 となったとすると、試料に照射される励起光の全放射束
Itは一定であるので、放出光の全放射束O2は O2＝C1Inr・A2＝C1(It/A2)r・A2＝C1Itr・A2 1-r となる。したがって、 O2/O1＝(A2/A1)1-r＝a1-r となり、放出光の励起光強度依存性を表わす値ｒは r＝1−loga（O2/O1） となる。よって、二つの異なる照射面積に対応する二つ
の検出値、すなわちO1及びO2に対応する検出値から、放
出光の励起光強度依存性を求めることができる。
【００１２】
【実施例１】まず、請求項１に記載のフォトルミネッセ
ンス測定装置の一実施例（以下「実施例１」という）に
ついて説明する。図１は、本実施例のフォトルミネッセ
ンス測定装置の概略構成を示す図である。図１に示すよ
うに、本測定装置は、レーザ等の励起光源１１、フィル
タ１２、及びレンズ１３からなる励起光光学系と、レン
ズ１５及び１６からなる放出光光学系と、分光器１７及
び検出器１８からなる測定系と、検出器１８から出力さ
れる検出信号Sigを処理する処理部２１と、検出器１８
の感度及び励起光強度を制御するコントローラ１９と、
から構成されている。
ンス測定装置の一実施例（以下「実施例１」という）に
ついて説明する。図１は、本実施例のフォトルミネッセ
ンス測定装置の概略構成を示す図である。図１に示すよ
うに、本測定装置は、レーザ等の励起光源１１、フィル
タ１２、及びレンズ１３からなる励起光光学系と、レン
ズ１５及び１６からなる放出光光学系と、分光器１７及
び検出器１８からなる測定系と、検出器１８から出力さ
れる検出信号Sigを処理する処理部２１と、検出器１８
の感度及び励起光強度を制御するコントローラ１９と、
から構成されている。
【００１３】この測定装置でフォトルミネッセンス発光
における放出光の励起光強度依存性を測定するには、ま
ず、測定対象である半導体等の試料１４を所定の位置に
置き、この試料１４に対し励起光光学系により励起光を
照射する。このとき、コントローラ１９が、フィルタ１
２における光の透過率や励起光源１１の光出力自体を調
整することにより励起光強度を制御する。このようにし
て励起光が照射されると、フォトルミネッセンス発光に
より試料１４から光が放出される。試料１４からの放出
光は、放出光光学系を介して分光器１７へ導かれ、分光
器１７では所定の波長範囲の放出光を選択し、この選択
された（所定の波長範囲の）放出光を検出器１８で検出
する。このとき、検出器１８の感度はコントローラ１９
が制御する。検出器１８で放出光を検出して得られた検
出信号Sigは、記録計（図示せず）へ送るとともに処理
部２１へ送り、処理部２１では、検出信号Sigに基づい
て放出光の励起光強度依存性を表わす値ｒを求める。な
お、このｒを求めるのに必要な励起光強度に関する情報
はコントローラ１９から入力される。本実施例が従来と
異なるのは、コントローラ１９が検出器１８の感度を励
起光強度に同期して変化させ、感度が励起光強度と逆比
例の関係となるように制御している点である。この感度
の制御は、例えば検出器１８が光電倍増管で構成されて
いた場合には、その増幅度を変えることにより行なうこ
とができる。
における放出光の励起光強度依存性を測定するには、ま
ず、測定対象である半導体等の試料１４を所定の位置に
置き、この試料１４に対し励起光光学系により励起光を
照射する。このとき、コントローラ１９が、フィルタ１
２における光の透過率や励起光源１１の光出力自体を調
整することにより励起光強度を制御する。このようにし
て励起光が照射されると、フォトルミネッセンス発光に
より試料１４から光が放出される。試料１４からの放出
光は、放出光光学系を介して分光器１７へ導かれ、分光
器１７では所定の波長範囲の放出光を選択し、この選択
された（所定の波長範囲の）放出光を検出器１８で検出
する。このとき、検出器１８の感度はコントローラ１９
が制御する。検出器１８で放出光を検出して得られた検
出信号Sigは、記録計（図示せず）へ送るとともに処理
部２１へ送り、処理部２１では、検出信号Sigに基づい
て放出光の励起光強度依存性を表わす値ｒを求める。な
お、このｒを求めるのに必要な励起光強度に関する情報
はコントローラ１９から入力される。本実施例が従来と
異なるのは、コントローラ１９が検出器１８の感度を励
起光強度に同期して変化させ、感度が励起光強度と逆比
例の関係となるように制御している点である。この感度
の制御は、例えば検出器１８が光電倍増管で構成されて
いた場合には、その増幅度を変えることにより行なうこ
とができる。
【００１４】いま、フォトルミネッセンス発光における
放出光の注目するスペクトル線について励起光強度依存
性を調べるため、分光器１７を図３において（＊）で示
した波長範囲（注目するスペクトル線に対応する波長範
囲）に調整し、励起光を試料に照射することにより放出
される放出光の強度を検出器１８で検出して検出信号Si
gを得るものとする。本実施例では、コントローラ１９
が検出器１８の感度Gainを励起光強度Inと逆比例の関係
となるように変化させるので、 Gain＝C2・In-1 ただし、 C2:比例定数 とおくことができる。一方、前述のように放出光強度Ou
tは Out＝C1・Inr となるので、検出信号Sigは Sig＝Out・Gain＝C1C2Inr-1 となる。ところで、通常、ｒ≒１であり、｜ｒ−１｜＜
０．５となる（図４参照）。したがって、図５に示すよ
うに、Sigの変化する範囲はInの変化する範囲に比べて
十分に狭いものとなる。すなわち、励起光強度Inは数桁
（通常は２〜３桁までの範囲）にわたって変化させるの
で、検出器の感度が一定であれば、検出信号の変化する
範囲が広くなりすぎ、測定範囲全体にわたって高い測定
精度を維持するのが困難となるが、本実施例によれば、
手動で検出器１８の感度を操作しなくとも、検出信号Si
gの変化する範囲が極端に広くならず、測定範囲全体に
わたり測定精度の低下を抑えることができる。
放出光の注目するスペクトル線について励起光強度依存
性を調べるため、分光器１７を図３において（＊）で示
した波長範囲（注目するスペクトル線に対応する波長範
囲）に調整し、励起光を試料に照射することにより放出
される放出光の強度を検出器１８で検出して検出信号Si
gを得るものとする。本実施例では、コントローラ１９
が検出器１８の感度Gainを励起光強度Inと逆比例の関係
となるように変化させるので、 Gain＝C2・In-1 ただし、 C2:比例定数 とおくことができる。一方、前述のように放出光強度Ou
tは Out＝C1・Inr となるので、検出信号Sigは Sig＝Out・Gain＝C1C2Inr-1 となる。ところで、通常、ｒ≒１であり、｜ｒ−１｜＜
０．５となる（図４参照）。したがって、図５に示すよ
うに、Sigの変化する範囲はInの変化する範囲に比べて
十分に狭いものとなる。すなわち、励起光強度Inは数桁
（通常は２〜３桁までの範囲）にわたって変化させるの
で、検出器の感度が一定であれば、検出信号の変化する
範囲が広くなりすぎ、測定範囲全体にわたって高い測定
精度を維持するのが困難となるが、本実施例によれば、
手動で検出器１８の感度を操作しなくとも、検出信号Si
gの変化する範囲が極端に広くならず、測定範囲全体に
わたり測定精度の低下を抑えることができる。
【００１５】本測定装置によりフォトルミネッセンス発
光における放出光の励起光強度依存性すなわちｒを求め
るには、励起光強度Inを何通りか変えてそれに対応する
上記Sigのデータを得（図５参照）、そのデータを処理
部２１で演算処理すればよい。例えば、 SL＝logSig とおくと、 SL＝logC1＋logC2＋(r-1)logIn となり（図６参照）、放出光の励起光強度依存性を表わ
す値ｒは r=dSL/d(logIn)＋1 となる。したがって、前記Sigのデータを上式に基づい
て演算処理すればｒを求めることができる。
光における放出光の励起光強度依存性すなわちｒを求め
るには、励起光強度Inを何通りか変えてそれに対応する
上記Sigのデータを得（図５参照）、そのデータを処理
部２１で演算処理すればよい。例えば、 SL＝logSig とおくと、 SL＝logC1＋logC2＋(r-1)logIn となり（図６参照）、放出光の励起光強度依存性を表わ
す値ｒは r=dSL/d(logIn)＋1 となる。したがって、前記Sigのデータを上式に基づい
て演算処理すればｒを求めることができる。
【００１６】なお、上記実施例では、検出器１８の感度
を励起光強度に逆比例するように変化させていたが、こ
れに限定しなくとも、検出器１８の感度が励起光強度と
負の相関関係を有するように変化させれば、手動で感度
を調整することなく検出信号Sigの変化する範囲を狭く
することができる。また、検出器１８の感度を励起光強
度に同期させて連続的に変化させることは必ずしも必要
ではなく、例えば、感度を励起光強度に応じて階段状に
変化させてもよい。
を励起光強度に逆比例するように変化させていたが、こ
れに限定しなくとも、検出器１８の感度が励起光強度と
負の相関関係を有するように変化させれば、手動で感度
を調整することなく検出信号Sigの変化する範囲を狭く
することができる。また、検出器１８の感度を励起光強
度に同期させて連続的に変化させることは必ずしも必要
ではなく、例えば、感度を励起光強度に応じて階段状に
変化させてもよい。
【００１７】
【実施例２】次に、請求項２に記載のフォトルミネッセ
ンス測定装置の一実施例（以下「実施例２」という）に
ついて説明する。本実施例の測定装置の概略構成は、図
１に示した上記実施例１と基本的には同じである。本実
施例が実施例１と異なるのは、コントローラ１９が励起
光強度Inを時間の経過とともに指数関数的に変化させる
点、及び、処理部２１が内部に微分回路を有しており、
この微分回路によって検出器１８から送られてきた検出
信号Sig（アナログ電気信号）を時間について微分する
点である。なお、検出器１８の感度は、上記実施例１と
同様、コントローラ１９が励起光強度Inと同期して変化
させ、励起光強度Inと逆比例の関係となるように制御す
る。
ンス測定装置の一実施例（以下「実施例２」という）に
ついて説明する。本実施例の測定装置の概略構成は、図
１に示した上記実施例１と基本的には同じである。本実
施例が実施例１と異なるのは、コントローラ１９が励起
光強度Inを時間の経過とともに指数関数的に変化させる
点、及び、処理部２１が内部に微分回路を有しており、
この微分回路によって検出器１８から送られてきた検出
信号Sig（アナログ電気信号）を時間について微分する
点である。なお、検出器１８の感度は、上記実施例１と
同様、コントローラ１９が励起光強度Inと同期して変化
させ、励起光強度Inと逆比例の関係となるように制御す
る。
【００１８】いま、時間ｔの経過とともに指数関数的に
変化する励起光強度Inを In＝I010bt と表わすものとすると、式より放出光強度Outは Out＝C1I0 r10rbt となる。ただし、 I0：t=0における励起光強度 b ：測定装置の限界等を考慮して決める時定数 である。したがって、検出信号Sigは Sig＝Out・Gain＝C1C2I0 r-110(r-1)bt … となる（図７参照）。ここで、Sigを対数変換回路等に
よって SL＝logSig に変換すると、 SL＝logC1＋logC2＋(r-1)logI0＋(r-1)bt となる（図８参照）。上式を時間ｔについて微分する
と、 dSL/dt＝(r-1)b r＝(dSL/dt)／b＋1 となる。したがって、処理部２１内の微分回路によりSL
を時間について微分した信号dSL/dtを得れば、フォトル
ミネッセンス発光における放出光の励起光強度依存性を
表わす値ｒを容易に求めることができる。なお、式の
Sigを直接に時間で微分すると、 dSig/dt＝Sig・(r-1)b・loge10 r＝(dSig/dt)／(Sig・b・loge10)＋1 となるので、検出信号Sigを直接に微分回路で微分する
ことによっても、ｒを求めることができる。
変化する励起光強度Inを In＝I010bt と表わすものとすると、式より放出光強度Outは Out＝C1I0 r10rbt となる。ただし、 I0：t=0における励起光強度 b ：測定装置の限界等を考慮して決める時定数 である。したがって、検出信号Sigは Sig＝Out・Gain＝C1C2I0 r-110(r-1)bt … となる（図７参照）。ここで、Sigを対数変換回路等に
よって SL＝logSig に変換すると、 SL＝logC1＋logC2＋(r-1)logI0＋(r-1)bt となる（図８参照）。上式を時間ｔについて微分する
と、 dSL/dt＝(r-1)b r＝(dSL/dt)／b＋1 となる。したがって、処理部２１内の微分回路によりSL
を時間について微分した信号dSL/dtを得れば、フォトル
ミネッセンス発光における放出光の励起光強度依存性を
表わす値ｒを容易に求めることができる。なお、式の
Sigを直接に時間で微分すると、 dSig/dt＝Sig・(r-1)b・loge10 r＝(dSig/dt)／(Sig・b・loge10)＋1 となるので、検出信号Sigを直接に微分回路で微分する
ことによっても、ｒを求めることができる。
【００１９】以上のように、本実施例によれば、時間の
関数として得られる検出信号等を時間について微分した
信号を用いることにより、容易にかつ連続的に、フォト
ルミネッセンス発光における放出光の励起光強度依存性
を表わす値ｒを求めることができる。また、実施例１と
同様、検出器１８の感度Gainは励起光強度Inと逆比例の
関係になっているので、検出信号Sigの変化する範囲が
極端に広くならず、測定範囲全体にわたり測定精度の低
下を抑えることができる。
関数として得られる検出信号等を時間について微分した
信号を用いることにより、容易にかつ連続的に、フォト
ルミネッセンス発光における放出光の励起光強度依存性
を表わす値ｒを求めることができる。また、実施例１と
同様、検出器１８の感度Gainは励起光強度Inと逆比例の
関係になっているので、検出信号Sigの変化する範囲が
極端に広くならず、測定範囲全体にわたり測定精度の低
下を抑えることができる。
【００２０】なお、本実施例において、励起光強度Inが
時間とともに指数関数的に減少するもの、すなわちｂ＜
０であってもよい。また、本実施例では、微分回路によ
りアナログ電気信号の形態の検出信号を微分していた
が、アナログ電気信号をＡ／Ｄ変換器によってデジタル
データに変換した後、そのデータを数値処理することに
よって時間的に微分するように構成してもよい。
時間とともに指数関数的に減少するもの、すなわちｂ＜
０であってもよい。また、本実施例では、微分回路によ
りアナログ電気信号の形態の検出信号を微分していた
が、アナログ電気信号をＡ／Ｄ変換器によってデジタル
データに変換した後、そのデータを数値処理することに
よって時間的に微分するように構成してもよい。
【００２１】
【実施例３】次に、請求項３に記載のフォトルミネッセ
ンス測定装置の一実施例（以下「実施例３」という）に
ついて説明する。図２は、本実施例のフォトルミネッセ
ンス測定装置の概略構成を示す図である。図２に示すよ
うに、本測定装置は、レーザ等の励起光源３１及びスポ
ットサイズ変更部３２からなる励起光光学系と、レンズ
３５及び３６からなる放出光光学系と、分光器３７及び
検出器３８からなる測定系と、検出器３８から出力され
る検出信号Sigを処理する処理部４１と、から構成され
ている。
ンス測定装置の一実施例（以下「実施例３」という）に
ついて説明する。図２は、本実施例のフォトルミネッセ
ンス測定装置の概略構成を示す図である。図２に示すよ
うに、本測定装置は、レーザ等の励起光源３１及びスポ
ットサイズ変更部３２からなる励起光光学系と、レンズ
３５及び３６からなる放出光光学系と、分光器３７及び
検出器３８からなる測定系と、検出器３８から出力され
る検出信号Sigを処理する処理部４１と、から構成され
ている。
【００２２】この測定装置でフォトルミネッセンス発光
における放出光の励起光強度依存性を測定するには、ま
ず、測定対象である半導体等の試料３４を所定の位置に
置き、この試料３４に対し励起光光学系により励起光を
照射する。このとき、励起光源３１の光出力を一定に固
定したままで、スポットサイズ変更部３２により、試料
３４における励起光の照射面積を変える。スポットサイ
ズ変更部３２の具体的構成としては、励起光光学系の中
にレンズを設けてそのレンズの位置を変えることができ
るようにした構成や、ビームスプリッタと絞りを組み合
わせた構成等を用いることができる。このようにして励
起光が試料３４に照射されると、照射面積によって励起
光強度（励起光の単位面積当たりの放射束）が変化し、
その励起光強度に応じた強度の光がフォトルミネッセン
ス発光により試料３４から放出される。この試料３４か
らの放出光は、放出光光学系を介して分光器３７を導か
れ、分光器３７では所定の波長範囲の放出光を選択し、
この選択された（所定の波長範囲の）放出光を検出器３
８で検出する。検出器３８で放出光を検出して得られた
検出信号Sigは、記録計（図示せず）へ送るとともに処
理部４１へ送り、処理部４１では、検出信号Sigに基づ
いて放出光の励起光強度依存性を表わす値ｒを求める。
なお、このｒを求めるのに必要な励起光の照射面積に関
する情報はスポットサイズ変更部３２から入力される。
における放出光の励起光強度依存性を測定するには、ま
ず、測定対象である半導体等の試料３４を所定の位置に
置き、この試料３４に対し励起光光学系により励起光を
照射する。このとき、励起光源３１の光出力を一定に固
定したままで、スポットサイズ変更部３２により、試料
３４における励起光の照射面積を変える。スポットサイ
ズ変更部３２の具体的構成としては、励起光光学系の中
にレンズを設けてそのレンズの位置を変えることができ
るようにした構成や、ビームスプリッタと絞りを組み合
わせた構成等を用いることができる。このようにして励
起光が試料３４に照射されると、照射面積によって励起
光強度（励起光の単位面積当たりの放射束）が変化し、
その励起光強度に応じた強度の光がフォトルミネッセン
ス発光により試料３４から放出される。この試料３４か
らの放出光は、放出光光学系を介して分光器３７を導か
れ、分光器３７では所定の波長範囲の放出光を選択し、
この選択された（所定の波長範囲の）放出光を検出器３
８で検出する。検出器３８で放出光を検出して得られた
検出信号Sigは、記録計（図示せず）へ送るとともに処
理部４１へ送り、処理部４１では、検出信号Sigに基づ
いて放出光の励起光強度依存性を表わす値ｒを求める。
なお、このｒを求めるのに必要な励起光の照射面積に関
する情報はスポットサイズ変更部３２から入力される。
【００２３】いま、試料に照射される励起光の全放射束
をItとし照射面積をA1とすると、励起光の照射による試
料からの放出光の全放射束O1は、式より O1＝C1Inr・A1＝C1(It/A1)r・A1＝C1Itr・A1 1-r となる。ここで、検出器３８の感度Gainは一定であるも
のとし、 Gain＝C3 … ただし、 C3:定数 とおくと、検出信号Sigの値S1は S1＝O1・Gain＝C1C3Itr・A1 1-r となる。次に、フォトルミネッセンス発光における放出
光の注目するスペクトル線について励起光強度依存性を
調べるため、スポットサイズ変更部３２により励起光の
照射面積をａ倍にし、照射面積が A2＝a・A1 となったとする。このとき、試料３４に照射される励起
光の全放射束Itは一定であるので、放出光の全放射束O2
は O2＝C1Inr・A2＝C1(It/A2)r・A2＝C1Itr・A2 1-r となり、検出信号Sigの値S2は S2＝O2・Gain＝C1C3Itr・A2 1-r … となる。したがって、 S2/S1＝(A2/A1)1-r＝a1-r … となり、放出光の励起光強度依存性を表わす値ｒは r＝1−loga（S2/S1） となる。よって、二つの異なる照射面積A1及びA2に対応
する二つの検出値S1及びS2を得れば、これらのデータを
処理部４１で上式に基づいて演算処理することにより、
放出光の励起光強度依存性を求めることができる。
をItとし照射面積をA1とすると、励起光の照射による試
料からの放出光の全放射束O1は、式より O1＝C1Inr・A1＝C1(It/A1)r・A1＝C1Itr・A1 1-r となる。ここで、検出器３８の感度Gainは一定であるも
のとし、 Gain＝C3 … ただし、 C3:定数 とおくと、検出信号Sigの値S1は S1＝O1・Gain＝C1C3Itr・A1 1-r となる。次に、フォトルミネッセンス発光における放出
光の注目するスペクトル線について励起光強度依存性を
調べるため、スポットサイズ変更部３２により励起光の
照射面積をａ倍にし、照射面積が A2＝a・A1 となったとする。このとき、試料３４に照射される励起
光の全放射束Itは一定であるので、放出光の全放射束O2
は O2＝C1Inr・A2＝C1(It/A2)r・A2＝C1Itr・A2 1-r となり、検出信号Sigの値S2は S2＝O2・Gain＝C1C3Itr・A2 1-r … となる。したがって、 S2/S1＝(A2/A1)1-r＝a1-r … となり、放出光の励起光強度依存性を表わす値ｒは r＝1−loga（S2/S1） となる。よって、二つの異なる照射面積A1及びA2に対応
する二つの検出値S1及びS2を得れば、これらのデータを
処理部４１で上式に基づいて演算処理することにより、
放出光の励起光強度依存性を求めることができる。
【００２４】以上のように、本実施例によれば、上記の
二つの検出値S1及びS2を得るだけで、放出光の励起光強
度依存性を求めることができるので、従来に比べて容易
に短時間で測定を行なうことができる。また、励起光の
全放射束Itは一定であり、検出器３８の検出対象である
放出光の全放射束が変化する範囲はあまり広くならない
ので（式参照）、検出感度を変える必要がなく簡単な
構成で容易に放出光の励起光強度依存性を測定すること
ができる。
二つの検出値S1及びS2を得るだけで、放出光の励起光強
度依存性を求めることができるので、従来に比べて容易
に短時間で測定を行なうことができる。また、励起光の
全放射束Itは一定であり、検出器３８の検出対象である
放出光の全放射束が変化する範囲はあまり広くならない
ので（式参照）、検出感度を変える必要がなく簡単な
構成で容易に放出光の励起光強度依存性を測定すること
ができる。
【００２５】
【実施例４】上記実施例３において、更に、試料３４に
おける励起光の照射面積Aを時間の経過とともに指数関
数的変化するように構成し、処理部４１等に微分回路を
設ければ、前述の実施例２のように検出信号Sig等を時
間について微分した信号を用いてｒを求めることができ
る。すなわち、スポットサイズ変更部３２により、照射
面積Aを時間ｔに対して A＝A010bt ただし、A0：t=0のときの照射面積 b ：測定装置の限界等を考慮して決める時定数 と変化させると、この場合に検出器３８から出力される
検出信号Sigの値S(t)は、式のA2を上式でおきかえる
ことによって求めることができる。すなわち、 S(t)＝C1C3Itr・A1-r＝C1C3Itr・A0 1-r10(1-r)bt … となる。ここで、S(t)を対数変換回路等によって SL＝logS(t) に変換すると、 SL＝log(C1C3Itr・A0 1-r)＋(1-r)bt となる。上式を時間ｔについて微分すると、 dSL/dt＝(1-r)b r＝1−(dSL/dt)／b となる。したがって、微分回路によりSLを時間について
微分した信号dSL/dtを得れば、フォトルミネッセンス発
光の励起光強度依存性を表わす値ｒを容易にかつ連続的
に求めることができる。なお、式のS(t)を直接に時間
ｔで微分すると、 dS(t)/dt＝S(t)・(1-r)b・loge10 r＝1−(dS(t)/dt)／(S(t)・b・loge10) となるので、検出信号Sigを直接に微分回路で微分する
ことによっても、ｒを求めることができる。
おける励起光の照射面積Aを時間の経過とともに指数関
数的変化するように構成し、処理部４１等に微分回路を
設ければ、前述の実施例２のように検出信号Sig等を時
間について微分した信号を用いてｒを求めることができ
る。すなわち、スポットサイズ変更部３２により、照射
面積Aを時間ｔに対して A＝A010bt ただし、A0：t=0のときの照射面積 b ：測定装置の限界等を考慮して決める時定数 と変化させると、この場合に検出器３８から出力される
検出信号Sigの値S(t)は、式のA2を上式でおきかえる
ことによって求めることができる。すなわち、 S(t)＝C1C3Itr・A1-r＝C1C3Itr・A0 1-r10(1-r)bt … となる。ここで、S(t)を対数変換回路等によって SL＝logS(t) に変換すると、 SL＝log(C1C3Itr・A0 1-r)＋(1-r)bt となる。上式を時間ｔについて微分すると、 dSL/dt＝(1-r)b r＝1−(dSL/dt)／b となる。したがって、微分回路によりSLを時間について
微分した信号dSL/dtを得れば、フォトルミネッセンス発
光の励起光強度依存性を表わす値ｒを容易にかつ連続的
に求めることができる。なお、式のS(t)を直接に時間
ｔで微分すると、 dS(t)/dt＝S(t)・(1-r)b・loge10 r＝1−(dS(t)/dt)／(S(t)・b・loge10) となるので、検出信号Sigを直接に微分回路で微分する
ことによっても、ｒを求めることができる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明によれば、一
連の自動化された測定により、従来に比べて測定精度を
低下させることなく容易に短時間で、フォトルミネッセ
ンス発光の励起光強度依存性を測定することができる。
また、フォトルミネッセンス発光の励起光強度依存性を
表わす値ｒが定数でなく励起光強度Inに依存するような
場合（図１０に示すように、励起光強度Inと放出光強度
Outの関係を両対数のグラフに表わしたときに直線にな
らない場合）には、従来は多数の点の測定が必要であ
り、また、離散的にしかｒを求めることができなかった
が（図９参照）、上述のように励起光強度を時間の経過
とともに指数関数的に変化させて測定することにより、
検出信号の時間微分値を用いて容易にかつ連続的にｒを
求めることができる。
連の自動化された測定により、従来に比べて測定精度を
低下させることなく容易に短時間で、フォトルミネッセ
ンス発光の励起光強度依存性を測定することができる。
また、フォトルミネッセンス発光の励起光強度依存性を
表わす値ｒが定数でなく励起光強度Inに依存するような
場合（図１０に示すように、励起光強度Inと放出光強度
Outの関係を両対数のグラフに表わしたときに直線にな
らない場合）には、従来は多数の点の測定が必要であ
り、また、離散的にしかｒを求めることができなかった
が（図９参照）、上述のように励起光強度を時間の経過
とともに指数関数的に変化させて測定することにより、
検出信号の時間微分値を用いて容易にかつ連続的にｒを
求めることができる。
【図１】 本発明の実施例１又は実施例２のフォトルミ
ネッセンス測定装置の概略構成を示す図。
ネッセンス測定装置の概略構成を示す図。
【図２】 本発明の実施例３又は実施例４のフォトルミ
ネッセンス測定装置の概略構成を示す図。
ネッセンス測定装置の概略構成を示す図。
【図３】 フォトルミネッセンス・スペクトルの一例を
示す図。
示す図。
【図４】 フォトルミネッセンス発光における励起光強
度Inと放出光強度Outとの関係を示す図。
度Inと放出光強度Outとの関係を示す図。
【図５】 実施例１における、励起光強度Inと放出光に
対する検出信号Sigとの関係を示す図。
対する検出信号Sigとの関係を示す図。
【図６】 実施例１における、励起光強度の対数値logI
nと放出光に対する検出信号の対数値SLとの関係を示す
図。
nと放出光に対する検出信号の対数値SLとの関係を示す
図。
【図７】 実施例２における、放出光に対する検出信号
Sigの時間的変化を示す図。
Sigの時間的変化を示す図。
【図８】 実施例２における、放出光に対する検出信号
の対数値SLの時間的変化を示す図。
の対数値SLの時間的変化を示す図。
【図９】 放出光の励起光強度依存性を表わす値ｒが一
定でない場合に従来の測定装置で測定する際の測定点を
示す図。
定でない場合に従来の測定装置で測定する際の測定点を
示す図。
【図１０】 放出光の励起光強度依存性を表わす値ｒが
一定でない場合における、励起光強度Inと放出光強度Ou
tとの関係を示す図。
一定でない場合における、励起光強度Inと放出光強度Ou
tとの関係を示す図。
１１、３１…励起光源（励起光強度変更手段） １２ …フィルタ（励起光強度変更手段） １４、３４…試料 １７、３７…分光器 １８、３８…検出器（検出手段） １９ …コントローラ（励起光強度変更手段、検出
感度変更手段） ２１、４１…処理部（微分手段） ３２ …スポットサイズ変更部（スポットサイズ変
更手段） Sig …検出信号
感度変更手段） ２１、４１…処理部（微分手段） ３２ …スポットサイズ変更部（スポットサイズ変
更手段） Sig …検出信号
Claims (3)
- 【請求項１】 励起光を測定対象試料の表面に照射し、
励起光を照射された試料からのフォトルミネッセンス発
光による放出光を検出手段によって検出して、前記励起
光の強度に対する該放出光の依存性を測定するフォトル
ミネッセンス測定装置において、 単位面積当たりの前記励起光の放射束すなわち励起光強
度を変化させる励起光強度変更手段と、 前記検出手段の感度を前記励起光強度と負の相関関係を
有するように前記励起光強度に応じて変化させる検出感
度変更手段と、を備えたことを特徴とするフォトルミネ
ッセンス測定装置。 - 【請求項２】 励起光を測定対象試料の表面に照射し、
励起光を照射された試料からのフォトルミネッセンス発
光による放出光を検出手段によって検出して、前記励起
光の強度に対する該放出光の依存性を測定するフォトル
ミネッセンス測定装置において、 単位面積当たりの前記励起光の放射束すなわち励起光強
度を時間の経過とともに指数関数的に変化させる励起光
強度変更手段と、 前記放出光を検出して得られた検出信号を時間について
微分する微分手段と、を備えたことを特徴とするフォト
ルミネッセンス測定装置。 - 【請求項３】 励起光を測定対象試料の表面に照射し、
励起光を照射された試料からのフォトルミネッセンス発
光による放出光を検出手段によって検出して、前記励起
光の強度に対する該放出光の依存性を測定するフォトル
ミネッセンス測定装置において、 試料に照射される前記励起光の全放射束を一定に保った
ままで前記励起光の照射面積を変化させるスポットサイ
ズ変更手段を備えたことを特徴とするフォトルミネッセ
ンス測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33261091A JPH05142045A (ja) | 1991-11-20 | 1991-11-20 | フオトルミネツセンス測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33261091A JPH05142045A (ja) | 1991-11-20 | 1991-11-20 | フオトルミネツセンス測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05142045A true JPH05142045A (ja) | 1993-06-08 |
Family
ID=18256874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33261091A Pending JPH05142045A (ja) | 1991-11-20 | 1991-11-20 | フオトルミネツセンス測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05142045A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7327459B2 (en) | 2003-12-30 | 2008-02-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Fluorescence detector for detecting microfluid |
| JP2012110479A (ja) * | 2010-11-24 | 2012-06-14 | Hoya Corp | 走査型共焦点内視鏡システム |
-
1991
- 1991-11-20 JP JP33261091A patent/JPH05142045A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7327459B2 (en) | 2003-12-30 | 2008-02-05 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Fluorescence detector for detecting microfluid |
| JP2012110479A (ja) * | 2010-11-24 | 2012-06-14 | Hoya Corp | 走査型共焦点内視鏡システム |
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