JPS58210546A - 結晶の面方位測定方法及び装置 - Google Patents

結晶の面方位測定方法及び装置

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JPS58210546A
JPS58210546A JP9392182A JP9392182A JPS58210546A JP S58210546 A JPS58210546 A JP S58210546A JP 9392182 A JP9392182 A JP 9392182A JP 9392182 A JP9392182 A JP 9392182A JP S58210546 A JPS58210546 A JP S58210546A
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Takashi Katoda
隆 河東田
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Jeol Ltd
NTT Inc
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Jeol Ltd
Nihon Denshi KK
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65Raman scattering

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はレーザラマン分光法を用いた結晶の面方位測定
方法及び装置に関するものである。
ヒ化ガリウム(Ga As ) 、リン化ガリウム(G
aP)等の半導体バルク結晶は、各種半導体デバイス用
の基板としてつJハ状に切り出され、市販されている。
これらの結晶の面方位の決定には、現在主にX線回折法
が用いられているが、X線を扱うため安全対策等も含め
て装置が大がかりになってしまう、面方位を精匁良く測
定するために必要な測定系の設定には高い精鳴を要し、
高度な技術と時間が必要である等の大きな問題点があっ
た。
本発明は、X線回折法を用いることに起因するこれらの
問題点を、レーザラマン分光法を用いることにより解決
するものであり、(a’)結晶体表面にレーザ光を照射
し、それによって生じるラマン光を分光光度計に導入し
、該ラマン光のスペクトル中のToフォノンに対応する
ラマンバンドのピーク強度とLOフォノンに対応するラ
マンバンドのピーク強度の比を求め、(b)上記結晶体
をレーザ光入射面が存在する面内で180°回転させて
前記(a)を行いピーク強度の比を求め、上記(a)、
、(b)で求めた2つの比の値から結晶の面方位を求め
ることを特徴としている。
以下、閃亜鉛鉱構造の結晶(Zincblend型結°
晶)を例にとって本発明を詳説する。Z 1rICbl
end型結晶を後方散乱法で測定すると、選択則により
(100)面からはL’0フォノンによるスペクトルが
、(110)面からはToフォノンによるスペクトルが
夫々現れる。そして、結晶表面の面方位が(100)面
からずれていると、第1図に示すようにLO,Toフォ
ノンによる両方のスペクトルが現れる。
この時の10,707472強度の面方位依存性は、−
次ラマン散乱のラマンテンソルから計算できる。今、結
晶の主軸をX、Y、Zとし、実際の結晶11j(X’ 
−Y’ )が(100)がら(110)方向へφ°傾い
ているとすれば、その結晶面ヘレーザ光を入射させたと
き、結晶の主軸X、Y。
2と結晶内をレーザ光が進む方向Ki との位置関係は
、第2図に示す(a )、’(b )’、  (c )
、の3種類が考えられる。図中KSは散乱光が進む方向
で、Z′軸と一致するよう配置される。また、qはフォ
、ノンが進む方向、θはKiとZ軸が成す角である。第
2図において(a)、(b)はY軸とY′軸が一致して
おり、(a )と(b )はZ′軸を中心として結晶面
(X’−Y’面)を18o@回転させた関係にある。又
(C)はX軸とX′軸が一致しており、φは(C)の斜
視図である第2図(d >かられかるようにY−Z平面
上での回転すれとして表わされる。
ここで第2図(a)の配置をAt、(b)の配置をA−
とすれば、LO,Toフォノン強度I 。
■ は次式で与えられる。
1:; =AHdL2 cos 2  (3θ/2±2
φ)・・・(1)I:= AHd72 sin 2(3
θ/2±2φ) ・(2)■“=0         
      ・・・(3)4H E = AHd72Sin 2  (θ±2φ)、  
 −(4)上式において士はAt とA−に対応し、添
字Hは偏光が入射面に平行(P偏光)、■は偏光が入射
面に垂直(S偏光)であることを夫々示す。そして1−
IVは入射光がP偏光、散乱光がS偏光であり、)−I
Hは入射光も散乱光もP偏光であることを示す。d、、
dT は10及′びToフォノンの散乱効率、A)l 
はP偏光入射時の定数である。
上式からAfとA−の夫々についての107472強反
と707472強度の比をrヤ 、r−と1れば、rヤ
 、r−は 、 4 = I To、 / I LO。
=  (c1丁 、’dL )2  tan  2 (
3θ/′2±2d))・・・ (5) となる。次にr↑ とr−の比を求めると、r−/r叶
 −tan2(3θ、−’ 2−2φ)・tan2(3
θ/2+2φ) ・・・(6)となる。(6)式におい
てθは結晶面への入射角θi及び屈折率nがわかれば、
スネルの法則がらsinθ=(sinθi)/nと求め
ることができ、従ってr+ とr−を測定により求めれ
ば、(6)式からφを求めることができる。
第3図は上述の如き考え方に基づく本発明を実施するた
めの装置の一例を示す。図中1は試料となる半導体基板
で、回転可能なホルダ2上に保持されており、該基板1
の表面にはレーザ発振器3、において生成されたレーザ
光4が照射される。照射に伴なって発生したラマン散乱
光5は、P偏光。
S偏光を選択的に通過させるアナライザ6を介してレー
ザラマン分光光度計7へ導入されるL81jアナライザ
6を切換えるための切換mis、9は上記ホルダ2を軸
1oを中心として回転させるl:めのパルスモータ等の
駆動機構、11は該駆動機構9へ電流を供給するI;め
の駆動電源である。12は分光光度計7からの測定デー
タに基づいて演算処理を行うと共に、前記切換機構8.
駆動電源11及び分光光度計7へ測定手順に従って制t
xt信号を送る中央制御装置である。
ここで、(100)から(110)方向へφ。
傾いた面方位を持つ半絶縁性Qa A3基板について、
上述した装置を用いて測定した例を示す。ホルダ2上に
保持された基板1に対し第3図及び第4図に示すように
X’ 、Y’ 、Z’軸が設定される。測定すべき基板
面はX’−Y’面内にあり、第4図に示す様に基板のへ
きかいした断面とY′軸が45°の傾きを持つように設
定される。レーザ光4はP偏光で、x’−z’面に沿っ
て基板面に垂直な方向からθi°傾いた角度で入射し、
それにより発生したうマン光のうちZ′軸方向のものが
分光光度計7へ導入される。
先ず最初に、制御装置12はアナライザ6からP偏光の
ラマン散乱光を取り出すように切換機構8を設定すると
共に、第1図に示されるスペクトルのうちLOフォノン
によりピークを検出するように分光光度計7をセットす
る。この時分光光度計7から得られるスペクトル弾痕は
’?lHであり、前記(3)式から11.l□はOとな
ることがわかる。
そしてこのことから、へきかい面とY′軸のなす角が4
5°であることが確認できる。
確認後、制御装置12はアナライザ6を切換えてラマン
散乱光のうちS偏光のものが分光光度計へ到達するよう
にする。この状態で制御M16112はLOフォノンに
よるピーク強度H?及びToフォノンによるピーク強度
Cを測定するように分光光度計7に指令を与える。この
時の状態を第2図におけるA↑とすれば、ここで測定し
た2つのピーク強度の比を求めることにより(5)式に
おけるrf  を冑ることができる。
次に制御装置12は駆動電源11へ指令を送り、ホルダ
2を軸10を中心として180°回転させる。それによ
り基板1も基板表面を含む面上で180°回転すること
になる。そしてその状態で制@装置12は再びLOフA
ノンにJるピーク強度■L0及びToフォノンによるピ
ーク強度1′1H0vを測V 定づるように分光光度計7に指令を与える。この時の状
態は第2図におけるA−に対応することは言うまでもな
く、ここで測定した2つのピーク強度の比を求めれば、
(5)式におけるr−を得ることができる。
このようにしてr+ 及びr−が得られた後、制御装@
12は(6)式に基づいてφを求める。尚、その演算に
先立ってオペレータがレーザ光4の基板面への入射角θ
iとGaASの屈折率n (レーザ光としてアルゴンレ
ーザの5145人線を用いた場合n = 4.25 )
を制御装置12へ入力しておけば、先に述べたようにθ
はスネルの法則から即座に計算できるので、(6)式か
らφを求めることができる。
面方位が(100)から(110)方向へO。
【工0.5°)、2° (±0.5°)傾いた市販の半
絶縁性Qa AS基板2種について上述の如き手順で測
定した結果、夫々φ=0.043°、1.86゛の測定
値が得られ、誤差範囲内に収まっていることがMf認で
きた。又、同じく5° く二 〇、5°)傾いた基板に
ついても測定したところ、φ−6゜5°の測定値が得ら
れた。この場合誤差が大きい原因として、A−の配置で
得られるToフォノンによるピーク強度が分光光度計の
検出限界(2,5pulse /sec )以下となる
点が考えられ、装置の検出限界の改良によって、この試
料の場合でも誤差範囲内に収めることができるであろう
ことは容易に推察できる。
以上詳述した如く本発明によれば、レーザラマン分光法
を用いて面方位を決定できるため、X線を用いる従来の
ような被爆の危険性なしに正確な測定を簡単に行うこと
ができる。
尚、上記は一例であり幾多の変形が可能である。
たとえばZ 1ncblend形結晶だけではなく他の
結晶系でも全く同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はLO,’Toフォノンによるスペクトルを示す
図、第2図は結晶面ヘレーザ光を入射さぜた時、結晶の
主軸X、Y、Zとレー+j−光が進む方向Kiとの関係
を示す図、絹3図は本発明にがかる方法を実施するため
の装置の一例を示す図、第4図は基板のへきかい面とY
′軸との傾ぎを示1図である。 1:半導体基板、2:ホルダ、3:レーザ発振器、4:
レーザ光、5ニラマン散乱光、6:アナライザ、7:レ
ーザラマン分光光度計、8:切換機構、9:駆動機構、
12:中央制御装置。 特許出願人 日本電子株式会社 代表者 加勢 忠雄 第3図 211 X′

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、(a)結晶体表面にレーザ光を照射し、それによっ
    て生じるラマン光を分光光度計に導入し、該ラマン光の
    スペクトル中のToフォノンに対応するラマンバンドの
    ピーク強度とLOフォノンに対応するラマンバンドのピ
    ーク強度の比を求めること、 (b )上記結晶体をレーザ光入射面が存在づる面内で
    180°回転させて前記(a )を行いピーク強度の比
    を求めること、 (c )上記(a)、、(b)で求め、た2つの比の値
    から結晶の面方位を求めること、 より成る結晶の面方位測定方法。 2、結晶体表面に照射するレーザ光を発生するためのレ
    ーザ発振器と、結晶体表面から生じるラマン光のスペク
    トル中のToフォノンに対応するラマンバンドのピーク
    強度とり、Oフォノンに対応するラマンバンドのピーク
    強度を検出するためのうマン分光光度計と、前記結晶体
    をレーザ光入射面が存在する面内で180°回転させる
    ための回転機構と、該回転機構によって180°回転さ
    せる前後において前記分光光度計により検出されたTO
    フォノンに対応するラマンバンドのピーク強度と10フ
    オノンに対応するラマンバンドのピーク強度から結晶の
    面方位を求めるための演算手段から成る特許請求の範囲
    第1項記載の方法を実施するための装置。
JP9392182A 1982-06-01 1982-06-01 結晶の面方位測定方法及び装置 Granted JPS58210546A (ja)

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JPH0116378B2 JPH0116378B2 (ja) 1989-03-24

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4747684A (en) * 1986-09-30 1988-05-31 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Method of and apparatus for real-time crystallographic axis orientation determination
GB2419944A (en) * 2003-09-05 2006-05-10 Nat Inst Of Advanced Ind Scien Optical measurement method and device

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GB2419944B (en) * 2003-09-05 2007-05-16 Nat Inst Of Advanced Ind Scien Optical measurement method and device
US7408635B2 (en) 2003-09-05 2008-08-05 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Optical measurement method and device

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