JPS6244652A - 結晶欠陥分析装置 - Google Patents

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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、固体材料の結晶欠陥分析装置に関する。

Ｂ０発明の概要 分析評価しようとする試料を放射線を用いて励起し１発
生する熱放射を分析することによって結晶欠陥が分析さ
れる。前記放射線は電磁波であることも電子線であるこ
とも粒子線であることもできる。

本発明による結晶欠陥分析装置は、基本的に。

試料を励起するための励起源１分析評価しようとする試
料、試料から離して設けられた熱放射検出装置で構成さ
れる。熱放射検出装置は、熱放射集光装置、熱放射分光
装置、熱放射電気変換装置を含む。本発明の特徴は、分
析評価しようとする試料から離して設けられた熱放射検
出装置を備えている点であり、従来技術のように気体を
介する必要はなく、また音響電気変換固体装置を試料に
密着させる必要もない。

Ｃ０従来の技術 この種の分析装置の一例として、１８８０年に、アレク
サンダーグラハムベルにより光音響効果が発見されてい
たが、その応用は近年急に見直され、光音響分光器とし
て知られている。従来、次のような原理にしたがって５
分析装置が製作されている。

物質に光を当てると、物質はその光を吸収して励起され
る。励起エネルギは、ｉ）光化学反応、…）発光、ｍ）
非発光緩和１等を経て、基底準位に戻る。このとき■）
非発光緩和過程を経由すれば、エネルギの逃げ場がない
ため、物質内に熱変動が生じる。このとき、光が変調さ
れていると、この熱変動は、変調周波数に依存する周期
変動を示し。

試料室内に密閉された気体に周期的な圧力変動が起り、
気体中に音波が生じ、また試料に歪・弾性波が生じる。

この音波をマイクロフォンで検出し、もしくは試料に生
じた歪・弾性波を音響電気変換固体装置で検出して、試
料の結晶欠陥を分析評価するものである。

Ｄ０発明が解決しようとする問題点 前記従来技術の一つであるマイクロフォンを用今いた光
音響分光器は以下の欠点を持っている。

１）マイクロフォンを使用するために、検出周波数が１
０七〜２ｋＨｚ程度の低い周波数の音波に限られる。こ
れは、固体中の励起状態からの緩和時間を測定するため
には不十分である。

２）マイクロフォンを使用するため、振動を極力）　　
　　　　　　　避、すう７、要があ０、さら、。試料を
密閉、た試ゎ室中にセットしなければならない、したが
って操作上大きな難点がある。

３）マイクロフォンを使用するために、真空中では使用
できず、したがって励起源として電子線または粒子線を
用いることができない。

また、前記従来技術の一つである音響電気変換固体装置
を用いた光音響分光器は、以下の欠点を持っている。

１）音響電気変換固体装置を使用するため、振動を極力
避ける必要があり、操作上大きな難点がある。

２）試料と音響電気変換固体装置を密着させる必要があ
り、その際試料を破壊する恐れがある。

３）信号が試料の形状および弾性的特性等にも依存し、
定量測定上大きな難点がある。

本発明の目的は、分析評価しようとする試料から離して
設けられた励起源および熱放射検出装置を備えることに
より、上述の従来技術の欠点を除去し、非接蔽非破壊性
、高速応答、高感度、小型、耐振性、定量性、操作性に
優れた結晶欠陥分析装置を提供することである。

Ｄ０問題点を解決するための手段 前記目的を達成するために、本発明による結晶欠陥分析
装置は、分析評価しようとする試料を励起するための放
射線を発生する励起源と、前記試料から離して設けられ
、前記放射線によって励起される試料から放射される熱
放射を検出するための熱放射検出装置を具備することを
要旨とする。

前記放射線は電磁波であることも電子線であることも粒
子線であることもできるし、試料が半導体であるときに
はｐ−ｎ接合から電子または正孔を注入して励起状態を
作ってもよい。

本発明の有利な実施の態様においては、前記放射線は強
度変調されたビーム状に形成され、その中から予め定め
られたエネルギを有する成分のみが取り出して用いられ
る。そのビームを偏向することによって、試料面が走査
され、発生する熱放射が単素子熱放射検出器を１次元も
しくは２次元に並べた多配列素子型熱放射電気変換装置
を用いて分析される。

２０作用 分析評価しようとする試料に結晶欠陥があると、ること
によって、その試料の中に存在する結晶欠陥を分析する
ことができる。

Ｇ、実施例 第１図は、本発明の基本的な装置構成の一実施例を示す
、第１図（ａ）は分析評価しようとする試料を垂直に保
持したときの実施例、第１図（ｂ）は分析評価しようと
する試料を水平に保持したときの実施例である。

図中、１は励起源、２はチョッパ、３は励起ビーム用レ
ンズ、４は分析評価しようとする試料、５は移動ステー
ジ、６は熱放射集光用光学レンズ、７は熱放射選択用光
学フィルタである。

励起源１としては、例えばマイクロ波、光、Ｘ線等の電
磁波ビームまたは電子ビームまたは粒子ビームのような
あらゆる放射線、あるいはそれらの組合せを用いること
ができる。励起８１はそれが放射する放射線から特定の
エネルンを持つ成分を選択する装置を含んでもよい、そ
の特定のエネルギを持つ成分を選択する装置には、光学
的、電気的、磁気的な手段等の如何なる手段を用いても
よく、励起ビームのエネルギが可変であればよい。

光ビームによる励起源１としては、Ｗランプ、ハロゲン
ランプ、Ｘｓランプ、Ｘｓ　−Ｈｇランプ、Ｈｇランプ
、Ｄ２ランプ、エキシマ（ＡｒＦ、　ＫｒＦ、　ＸｅＣ
１゜ＸａＦ等）レーザ、色素レーザ、窒素レーザ、Ａｒ
イオンレーザ、Ｋｒイオンレーザ、　Ｈｅ　−Ｃｄレー
ザ、Ｈｅ　−Ｎｅレーザ、ルビーレーザ、半導体レーザ
。

ＹＡＧレーザ、　Ｎｂニガラスレーザ、ＣＯ，レーザ、
シンクロトロン放射等が用いられる。これらのうちで、
小さなスポットに絞りやすく、かつエネルギが連続的に
可変で、十分な出力が得られる励起源としては色素レー
ザ、小型の装置を実現するためには半導体レーザが望ま
しい。

第１図に示す実施例は、励起源１から放射される放射線
をチョッパ２によって断続させるものである。チョップ
する時間的間隔に対応するように。

電気出力端子９から信号を取り出した。チョップするこ
とにより、感度増大、雑音の減少、さらに結晶欠陥にお
ける信号の時間応答性を調べることができる。

チョッパ２は、励起ビーム用レンズ３の前後のどちら側
に挿入してもよい。

チョップする手段は光学的、電気的、機械的等のいずれ
の手段であってもよい。従来技術のマイクロフォンまた
は音響電気変換固体装置を用いた結晶欠陥分析装置では
、機械的チョッパの使用が極力避けられていたが、本発
明の装置は振動に強く、機械的チョッパを用いても感度
よく信号を検出できた。また、チョッパは必ずしも励起
源を完全にオン−オフする必要はなく、強度変調できる
だけでもよい。

第１図に示す実施例は、励起源１から放射される放射線
を光学的レンズまたは電気（静電、静磁）的レンズであ
る励起ビーム用レンズ３を使ってビーム状にし、試料表
面に絞って照射したものである。光学的レンズの代りに
、光学釣鐘を用いてもよい、このようにビーム状にする
ことによって、空間分解能および感度のよい結晶欠陥分
析装置を得ることができる。

分析評価しようとする試料は、結晶欠陥分布測定および
分析評価する位置の指定をするため、移動ステージに固
定された。試料の固定は、第１図（ａ）および（ｂ）に
示すように、垂直または水平または斜めの何れの方向で
あってもよい。

熱放射集光装置は試料からの熱放射を効率よく集光する
ためのもので、第１図で示す実施例では、熱放射集光用
光学レンズ６を用いた。この光学レンズの材料としては
、例えばガラス、結晶石英、熔融石英、ＳＬ、　Ｇｅ、
　ＢａＦ、、　ＭｇＦ、、　ＺｎＳ、　Ｚｎ５ａ。

ＣｄＴｅ、サファイア、　ＬｉＦ、ダイヤモンド、　Ｎ
ａＣ１ｔＣｄＳ、　ＧａＡ、ｓ、　ＡｇＣ１，ＫＣＩ、
　、ＫＢｒ、　ＡｇＢｒ、　ＫＨ２−５，ＣｓＢｒ。

Ｃｓ工等を用いることができ、検出する熱放射の波長範
囲によって選択される。室温付近の物質からの熱放射を
集光するために、第１図に示す実施例では、無反射コー
ティングを施されたＧｅレンズを用いた。

熱放射分光装置は、分析評価に必要な波長範囲の熱放射
を選択する装置である。特定波長の熱放射を検出するこ
とにより、結晶欠陥だけでなく、例えば半導体中の自由
担体濃度、不純物濃度等も評価することができる。また
、熱放射分光装置は。

励起ビームを遮断するためにも必要である。熱放射分光
装置は５色ガラスフィルタ、干渉フィルタ、反射フィル
タ等の光学フィルタ、プリズム分光器、回折格子分光器
、フーリエ変換型干渉分光器等で構成される。第１図に
示す実施例では、熱放射選択用光学フィルタを用いた。

熱放射電気変換装置８は、熱放射エネルギを電気信号に
変換するためのもので、サーミスタ、ボロメータ、サー
モパイル、ゴーレイセル、焦電素子、半導体素子（光導
電型、光起電力型、５ｈｏｔｔｏｋｙ型等）、光電子倍
増管等であり、検出しようとする熱放射の波長範囲によ
って選択される。

これらのうち、室温近傍における熱放射に対する熱放射
電気変換装置としては、半導体素子、焦電素子が望まし
い。半導体素子は、焦電素子より感度および応答速度の
点で優れているが、液体Ｎ２ｊ液体Ｈｅ等で冷却する必
要がある。半導体素子の材料として１例えば、ＰｂＳ、
　Ｐｂ５ａ、　ＩｎＳｂ。

Ｈｇ−Ｃｄ　Ｔｅ、　Ｐｂ１−Ｘ５ｎＸＴｓ、不純物を
添加したＧｅｘ　　ｘ およびＳｉ等を用いることができる。焦電素子の材料と
しては、例えば、ＬｉＴａ０．、　ＬｉＮｂ０．、　Ｐ
ｂＴｉ０．。

Ｐ、ＺＴ、　ＴＧＳ、　ＰＶＦ、等を用いることができ
る。

前記熱放射電気変換装置は、単一素子であるが、後に実
施例を示すように、単一素子を１次元または２次元に並
べた多配列素子と固体電子走査素子を組み合わせた装置
や、焦電型ビジコン等を使用すれば、熱放射分光スペク
トルまたは熱放射像を高速度で得る装置を構成すること
ができる。

第２図から第５図までは、第１図に示した実施不 例以外の、熱放射集光装置の部分の実施例を−す。　− 第２図は収差の影響を小さくするために、２個、）　　
　　　　の光学レンズ６を組み合せた実施例、第３図は
曲面鏡１０を用いた実施例、第４図は２種類の鏡を組み
合わせたカセグレン型反射対物鏡１１を用いた実施例、
第５図は光ファイバー２を用いた実施例である。第３図
で、曲面鏡１０の軸が入射光軸および出射光軸となす角
度はあまり大きくないほうが望ましく、１０＠乃至１５
＠以内が適当である。鏡の表面蒸着物の材料としては、
例えば、　Ａｌ。

Ａｇ、　Ａｕ、　Ｃｕ、　Ｒｈ等を用いることができ、
保護膜のコーティングを施してもよい。

レンズを用いると集光装置の構成は簡単になるが、レン
ズの色収差が特に問題になる場合には色消しレンズ（ダ
ブレット、トリプレット等）のためのレンズ構成が複雑
になるため、鏡を用いて集光装置を構成したほうが望ま
しい。

第５図に示す実施例におけるように、光ファイバ１２を
用いて、試料と熱放射電気変換装置８が離れた遠隔測定
装置を構成できた。第５図の光ファイバ１２の材質とし
ては、例えば１石英、重金属酸化物ガラス（Ｇｅｍ、ガ
ラス等）、カルコゲンガラス（ＡｓＧａＳｅＴｅガラス
、　Ｇａｓガラス等）、ハロゲン化物ガラス、ハライド
結晶等を用いることができ、検出する熱放射波長範囲に
よって選択される。

また、第１図から第５図までに示された熱放射集光装置
は組み合わせて使用されることができる。

第６図から第８図までは、第１図から第５図までに示さ
れた実施例以外の、熱放射分光装置の部分の実施例を示
す。

第６図は、熱放射をカセグレン型反射対物鏡１１と平面
鏡１３で分光器１４に導いて分光し、し 単一素子の熱放射電気変換装置８で検出≠た実施例であ
る。分光器には１例えばプリズム型分光器、回折格子型
分光器等を用いることができる。

第７図は、第６図に示す実施例の単一素子の代りに、単
一素子を１次元に並べた多配列素子型熱放射電気変換装
置１５および固体電子走査素子１６と、それらの駆動装
置１７を用与いて、試料からの熱放射分光スペクトルを
より高速で測定した実施例である。図中の多配列素子型
熱放射電気変換装置１５として、光導電型ＨｇＣｄＴｅ
赤外線検出素子を１次元に２００　　素子並べ多配列素
子を用いた。そのほかに、例えばＩｎＳｂ、　Ｇｅ、　
Ｓｉ、　ＰｂＳ。

Ｐｂ５ａ等の多配列素子を用いることもできる。

第８図は、熱放射分光装置としてフーリエ変換型分光器
１８（日本電子社製、ＪＩＲ−１００）を用いた実施例
である。本実施例の装置で、波数範囲４００〜４０００
　ａｓ−’での励起ビーム照射部の熱放射分光スペクト
ルを高速で測定できた。図中、１９はフーリエ変換型分
光器用コンピュータ、２０はＣＲＴ、２１　はプロッタ
、２２はディスクドライブ。

２３は移動ステージ制御装置である。

第９図から第１１図までは、第１図で示した実施例以外
の、励起源の実施例を示す。

第９図は、試料を挟んで熱放射検出装置と対向する位置
に励起源を設けた実施例、第１０図は、熱放射に対して
は透明で、励起ビームに対しては高反射率を示す２色性
光学フィルタ２４を用いて、熱放射光の光軸を一致させ
た実施例である。

第１１図は励起源に半導体レーザ２５を用いた実施例で
あるａ　ＧａＡｓ結晶を分析評価しようとする試料４と
した場合の励起源用に、約８９５　ｎｍの波長で発振す
るＧａＡｌＡｓ／　ＧａＡｓ系半導体レーザを用いた。

また、　　ＩｎＧａＡｓＰ／　ＩｎＰ系、ＩｎＡｓＰ系
。

ＩｎＧａＰ／ＩｎＰ系、ＩｎＧａＰ１ＧａＡｓ系、ＡＩ
ＧａＡｓＰｌ　ＧａＡｓ系、ＡｌＧａＩｎＡｓ／　Ｉｎ
Ｐ系等の半導体レーザを励起源に用いて、ＧａＡｓ試料
だけではなく、ＳｉおよびＩｎＰ等の試料も分析評価で
きた。図中、２４は、熱放射に対しては透過、励起光に
対しては高反射率を示す２色性フィルタ、２６は半導体
レーザ用駆動装置、２７はロックイン増幅器、２８はボ
ックスカー積分器、２９は前置増幅器である。

第１１図に示すように、半導体レーザを励起源に用いる
ことによって、結晶欠陥分析装置の小型化を実現でき、
また励起光の変調は半導体レーザ駆動装置を直接変調す
ることによって実現でき、チョッパは必要なくなる。

第１２図および第１３図は、第１図で示した実施例以外
の、結晶欠陥の空間分布測定装置の実施例を示す。

上に熱放射像が得られる。励起ビームの偏向は、機械的
、光学的、電気的、磁気的あるいはこれらの利合せのい
かなる手段によって行なわれてもよい。レーザ光の偏向
器としては、例えば、ガルバノメータ、多面鏡、音響光
学素子、電気光学素子等を用いることができる。図中、
３１はＣＲＴ制御装置を示す。

また、＠１３図に示す実施例におけるように、ＳＬ、　
ＰｂＳ、　Ｐｂ５ｅ等の半導体、またはＴＧＳ、　１ｉ
Ｔａ０．。

ＰｂＴｉ０．、　ＰＶＦ２等の焦電単一素子を、１次元
または２次元に並べた多配列素子３２と電子ビームによ
る走査や電荷結合素子等の電子走査装置３３を組み合せ
た装置を用いれば、より高速に試料の結晶欠陥分布を評
価することができる。

第１図に示す実施例においては、励起源１から１ま、 放射される放射鱈ンズ３によってビーム状にされ、試料
表面上に小さなスポットを形成する。移動ステージ５が
機械的に動かされ、静止するビームスポットが試料表面
を走査する。従来技術のマイクロフォンまたは音響電気
変換固体装置を用いる結晶欠陥分析装置は、振動を極力
避けなければならないため、機械的走査は好ましくなか
ったが。

本発明による装置は振動に強いため、簡便な機械的走査
を有効に使うことができる。

第１２図に示す実施例における偏向器３０と、第１３図
に示す実施例における多配列素子３２と、第１図に示す
実施例における走査は併用されることができる。

第１４図は、第１図に示す実施例とは異なり。

チョッパ２′を分析評価しようとする試料４と熱放射集
光装置であるカセグレン型反射対物！１１の間に入れた
実施例を示す０本実施例の装置でも、前置増幅器２９お
よびロックイン増幅器２７と組み合わせて、高感度測定
が可能である。チョッパ２′は、反射対物鏡１１と光学
フィルタ７の間、または光学フィルタ７と熱放射電気変
換装置８の間に入れてもよい。

第１５図は、第１図に示す実施例のチョッパ２と第１４
図に示す実施例のチョッパ２′とを組み合わせた実施例
を示す。チョッパ２の断続周波数ｆ２をチョッパ２′の
断続周波数ｆ、、ｆ、’（通常＋　ｆｚ〉ｆ２′とする
。）に設定して、独立にロックイン増幅器で同期検波し
て、ｆ２に対応する信号からは結晶欠陥に関する情報が
、ｆ、ｌに対応する信号からは試料の低周波の温度変化
に関する情報が得られた。

第１６図は、試料からの熱放射の検出だけでなく、励起
ビーム照射部のフォトルミネッセンスおよび可視光像を
同時に測定する実施例を示す。図中、２４は熱放射に対
しては透過で、可視光に対しては高反射率を示す２色性
フィルタ、３５は可視光像観察とフォトルミネッセンス
ａｍを切り換える光学ビームスプリッタ、３６は可視光
像用光源、３７は励起光遮断用光学フィルタ、３８はフ
ォトルミネッセンス検出器、３９は可視光像撮影装置ま
たは肉眼観察用接眼レンズである。

半導体材料の場合、フォトルミネッセンスは本発明の装
置で得られる熱放射信号と相補的な関係にあり、同時に
測定および比較できることは重要である。

可視光像ｗ４察装置は試料上の分析評価したい位置の指
定にも励起ビームの光軸合わせにも利用することができ
る。

第１７図は、ＧａＡｓ結晶の欠陥の分析評価に用いた、
本発明による結晶欠陥分析装置の実施例を示す。

分析評価しようとする試料４の励起源としては、発振波
長６７６．４　ｎｍ、　６４７．１　ｎ＋＋＋、出力約
５１１１のＫｒイオンレーザ４０で励起した色素レーザ
４１を用いた。色素には、通称ＨＩＴＣと呼ばれるシア
ニン色素を溶媒のジメチルスルホキシドに溶かし、エチ
レングリコールを加えたものを用いた。色素レーザの発
振波長範囲は８５０ｎｍ　〜９２０ｎｎ＋で、ピーク出
力は約８０１１１１１１である。色素レーザからのレー
ザビームは、Ｋｒイオンレーザ光遮断用光学フィルタ４
２を通り、機械的チョッパ２で約３００　Ｈｚの断続光
とされ、光学ビームスプリッタ４３を通１　　　　　リ
、平面ｆｉ１３およびレンズ３で試料表面上に直径約２
００μｍのスポットに絞られた。試料の励起個所で発生
する熱放射は、熱放射集光装置のカセグレン型反射対物
鏡１１で集光され、２色性光学フィルタであるＧｅフィ
ルタ２４を通り、熱放射電気変換装置８である光伝導型
Ｈｇ０．８Ｃｄ、２Ｔｅ赤外線検出器（ＮｅｗＥｎｇｌ
ａｎｄ　Ｒｅ５ｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ社製、ＭＰＣ
１１−２−ＡＤ　１　）で電気信号に変換された。　Ｈ
ｇＣｄＴｅ赤外線検出器で検出された光・熱放射信号（
以下本明細書においてはＰＴＲ信号と称する。）は、利
得６０　ｄＢの前置増幅器２９を通して、ロックイン増
幅器２７で同期検波され、コンピュータ１９に入力され
た。

光学ビームスプッリタ４３からの反射光は、Ｓｉフォト
ダイオード４４で電気信号に変換された後。

ロックイン増幅器２７で同期検波され、コンピュータ１
９に入力されて、ＰＴＲ信号の光源強度補正に利用され
た。

ＰＴＲスペクトル（ＰＴＲ信号対励起光エネルギ）は、
色素レーザ４１の発振波長を変化させなからＰＴＲ信号
を測定すれば得られる。ＰＴＲ像は、試料４を移動ステ
ージ５をもちいて移動させながら、ＰＴＲ信号を測定す
れば得られる。ＰＴＲスペクトルおよびＰＴＲ像は、Ｃ
ＲＴ２０　　またはプロッタ２１である。

ＰＴＲスペクトルからは結晶欠陥によって形成されたエ
ネルギ準位がわかり、ＰＴＲ像からは結晶欠陥の空間分
布がわかる。

また、本実施例の装置ではフォトルミネッセンス像も測
定でき、　ＰＴＲ像と相補な情報も同時に得られる。フ
ォトルミネッセンス測定用励起源としては、発振波長６
７６．４．６４７．１　ｎｍのＫｒイオンレーザを用い
た。さらに、本実施例においてロックイン増幅器の代り
に、ボックスカー積分器をもちいれば、結晶欠陥のパル
ス応答も測定できる。

本実施例にもちいられた試料は、様々なエッチピット密
度（ＥＰＤ　）すなわち結晶欠陥秀−ケ手紗令斬世分密
度を有する、Ｓｉ　ドープのｎ型ＧａＡｓウェーハであ
る。第１表に、分析評価に用いたＧａＡｓウェーハの特
性を示す。

第１８図から第２５図までは、本実施例の装置で測定し
た、エッチピット密度（［ＥＰＤ　）　、すなわち結晶
欠陥　　　　　　　　　密度が異なるＧａＡｓウェーハ
の、光源強度補正後のＰＴＲスペクトルを示す。Ｅｇは
ＧａＡｓの室温（〜２１℃）でのエネルギギャップに相
当する波長（８６４ｎｍ　）を示す。第１８図から第２
５図までから明らかなように、ＥＰＤの大きなＧａＡｓ
のＰＴＲスペクトルは、８９５ｎｌ１１近傍にピークを
持ち、このピークのでいる。このＰＴＲピークの半値幅
は約２０　ｎｍである。

第２６図は、ＰＴＲピークが観測された波長の励起光を
用いて測定したＧａＡｓウェーハのＰＴＲ像を示す。こ
のＰＴＲ像の濃淡はＰＴＲ信号の強度を表面のフォトル
ミネッセンス像であり、同じく黒い所はど信号が強い。

第２６図および第２７図からＰＴＲ像とフォトルミネッ
センス像とが相補的な関係にあることがわかる。第２６
図および第２７図に示す表示は、勿論、カラー表示する
ことも可能であり、カラー表示を用いると、より明確に
結晶欠陥分布のａｍができる。

同様に、第２８図は、ＰＴＲピークが観測された波長の
励起光を用いて測定した。別のＧａＡｓウェーハのＰＴ
Ｒ像を示す。第２９図は、同−試料表的に片寄って分布
してはいず、均一であることがわかる。なお、本実施例
の装置を用いてＧａＡｓウェーハのＥＰＤを５　ｘ　１
０”〜１　ｘ　１０’　ｃｍ″″２の範囲で定量測定す
る場合には、励起光ビームの照射スポット径を約　１　
ｍ１前後にするのが望ましく、また結晶欠陥の微視的な
空間分布を測定するためには、励起ビームのスポット径
を１μ層前後まで絞るのが望ましかった。

励起ビームの照射出力は、試料に損傷を与えない範囲内
で十分大きいのが望ましく、本実施例では約１０　ｍｗ
から約３００　ｍｌまでの範囲を用いた。

通称ＨＩＴＣの色素の代りに通称ＩＲ−１４０の色素を
用いた色素レーザを励起源呻使用して、　ＧａＡｓだけ
でな（ＩｎＰおよびＳｉ等も分析評価できた。

さらに、本実施例の色素レーザの代りに、第１１図に示
す実施例におけるように、約８９５　ｎｍで発振するＧ
ａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ系半導体レーザを用いて、小型の
ＧａＡｓ結晶欠陥分析装置を組むことができた。

第３０図は、励起源に電子ビームを用いた実施例を示す
。本実施例では、励起源として走査型電子顕微鏡４５（
日本電子社製、ＪＳＭ　−２５３）を改造して用いた。

電子ビーム照射個所から発する熱放射は電子ビーム通過
用の孔がおいている曲面鏡４６で集光され、第５図の実
施例で示したように、光ファイバ１２で走査型電子顕微
鏡外部に設けられた熱放射電気変換装置８まで導かれる
。また、２色性光学フィルタ２４の反射光を利用してカ
ソードルミネッセンス像も同時に測定できるようにした
。カソードルミネッセンス検出素子４９には。

電子増倍管等を用いた１図中、４７はビームブランキン
グ装置、４８は信号発生器である。本実施例では励起ビ
ームを非常に小さく絞れるので、高本発明が、第１図か
ら第３４図までに示された熱放射変化を電気信号の変化
に変換する手段とお備えていれば、いかなる装置であっ
てもよい。

例えば、励起手段としては電磁波、電子、粒子でもよい
し、試料が半導体であるときにはｐ−ｎ接合から電子ま
たは正孔を注入して励起状態を作ってもよい。

シ 熱放射電気変換手段としては、高速熱放射検出素子を用
いたヘテロダイン検波等を用いてもよい。

Ｈ０発明の効果 本発明の結晶欠陥分析装置は、従来にない非接触非破壊
性、高速応答、高感度、小型、耐振性、定量性、操作性
が得られる。したがって、その工業的価値は極めて高い
６

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本的装置の実施例を示す図、第２図
から第５図までは第１図に示す装置の熱放射集光装置の
部分の実施例を示す図、第６図から第８図では第１図に
示す装置の熱放射分光装置の部分の実施例を示す図、第
９図および第１０図は第１図に示す装置の励起源の部分
の実施例を示す図、第１１図は励起源に半導体レーザを
用いた実施例を示す図、第１２図は励起ビーム偏向器を
用いた実施例を示す図、第１３図は熱放射電気変換装置
に多配列素子を用いた実施例を示す図、第１４図および
第１５図はチョッパ挿入の実施例を示す図、第１６図は
フォトルミネッセンスおよび可視光像の同時観察装置を
設けた実施例を示す図、第１７図はＧａＡｓウェーへの
結晶欠陥分析に用い）　　　□ヨ。オ、。□、＠１８＠
７！Ｉｔ１．□２．。 までは、第１７図の装置で得られたいろいろな結晶欠陥
のエネルギ準位分布の例を示す図、第２６図から第２９
図までは、第１７図の装置で得られたいろいろな結晶欠
陥の空間分布の例を示す図、第３０図は励起源に電子ビ
ームを用いた実施例を示す図である。 １・・・・・・励起源、２．２’・・・・・・チョッパ
、３・・・・・・励起ビーム用レンズ、４・・・・・・
分析評価しようとする試料、５・・・・・・移動ステー
ジ、６・・・・・・光学レンズ。 ７・・・・・・光学フィルタ、８・・・・・・熱放射電
気変換装置。 ９・・・・・・電気出力端子、１０・・・・・・曲面鏡
、１１・・・・・・カセグレン型反射対物鏡、１２・・
・・・・光ファイバ。 １３・・・・・・平面鏡、１４・・・・・・分光器、１
５・・・・・・１次元多配列素子、１６・・・・・・固
体電子走査素子、１７・・・・・・１次元多配列素子駆
動装置、１８・・・・・・フーリエ変換型分光器、１９
・・・・・・コンピュータ、２０・・・・・・ＣＲＴ、
２１・・・・・・プロッタ、２２・・・・・・ディスク
ドライブ、２３・・・・・・移動ステージ制御装置、２
４・・・・・・２色性光学フィルタ、２５・・・・・・
半導体レーザ。 ２６・・・・・・半導体レーザ用駆動装置、２７・・・
・・・ロックイン増幅器、２８・・・・・・ボックスカ
ー積分器。 ２９・・・・・・前置増幅器、３０・・・・・・偏向器
、３１・・・・・・ＣＲＴ制御装置、３２・・・・・・
多配列素子、３３・・・・・・電子走査装置、３４・・
・・・・多配列素子用駆動装置。 ３５・・・・・・可動型光学ビームスプリッタ、３６・
・・・・・可視光像用光源、３７・・・・・・励起光遮
断用光学フィルタ、３８・・・・・・フォトルミネッセ
ンス検出器。 ３９・・・・・・可視光像撮像装置または肉眼観察用接
眼レンズ、４０・・・・・・Ｋｒイオンレーザ、４１・
・・・・・色素レーザ、４２・・・・・・Ｋｒイオンレ
ーザ光遮断用光学フィルタ、４３・・・・・・光学ビー
ムスプリッタ、４４・・・・・・Ｓｉフォトダイオード
、４５・・・・・・走査型電子顕微鏡、４６・・・・・
・孔あき曲面鏡、４７・・・・・・ビームブランキング
装置、４８・・・・・・信号発生器、４９・・・・・・
カソードルミネッセンス検出器。

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. （１） （ａ）、分析評価しようとする試料を励起するための放
   射線を発生する励起源、および （ｂ）前記試料から離して設けられ、前記放射線によっ
   て励起される試料から放射される熱放射を検出するため
   の熱放射検出装置を具備することを特徴とする結晶欠陥
   分析装置。
2. （２）さらに、前記励起源から放射される放射線から予
   め定められたエネルギを有する成分のみを取り出す装置
   を具備することを特徴とする、特許請求の範囲第１項記
   載の結晶欠陥分析装置。
3. （３）前記励起源から放射される放射線をビーム状にす
   る手段を具備することを特徴とする、特許請求の範囲第
   １項および第２項のいずれか一つに記載の結晶欠陥分析
   装置。
4. （４）さらに、前記励起源から放射される放射線を強度
   変調する装置を具備することを特徴とする、特許請求の
   範囲第１項から第３項までのいずれか一つに記載の結晶
   欠陥分析装置。
5. （５）ビーム状に形成された放射線を偏向し、試料面を
   走査することを特徴とする、特許請求の範囲第３項記載
   の結晶欠陥分析装置。
6. （６）前記試料の走査が機械的に行なわれることを特徴
   とする、特許請求の範囲第５項記載の結晶欠陥分析装置
   。
7. （７）さらに、前記試料からの熱放射を集光する装置を
   具備することを特徴とする、特許請求の範囲第１項から
   第６項までのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析装置。
8. （８）前記試料から放射される特定波長範囲の熱放射を
   選択する装置もしくは前記試料からの熱放射を分光する
   装置を具備することを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項から第７項までのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析
   装置。
9. （９）前記試料からの熱放射が強度変調されることを特
   徴とする、特許請求の範囲第１項から第８項までのいず
   れか一つに記載の結晶欠陥分析装置。
10. （１０）前記励起源として前記試料の結晶欠陥によって
    形成されるエネルギ準位に相当する波長の光源を用いる
    ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項から第９項ま
    でのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析装置。
11. （１１）前記励起源が色素レーザまたは半導体レーザで
    あることを特徴とする、特許請求の範囲第１項から第１
    ０項までのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析装置。
12. （１２）さらに、前記試料の可視光像を得る装置を具備
    することを特徴とする、特許請求の範囲第１項から第１
    １項までのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析装置。
13. （１３）前記試料のフォトルミネッセンスを測定する装
    置を具備することを特徴とする、特許請求の範囲第１項
    から第１２項までのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析
    装置。
14. （１４）前記熱放射検出装置が単素子熱放射検出器を１
    次元もしくは２次元に並べた多配列素子型熱放射電気変
    換装置であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項
    から第１３項までのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析
    装置。
15. （１５）前記特定波長範囲が８〜１３μｍであることを
    特徴とする、特許請求の範囲第８項記載の結晶欠陥分析
    装置。
16. （１６）熱放射検出装置が液体Ｎ＿２で冷却されたＨｇ
    ＿０＿．＿８Ｃｄ＿０＿．＿２Ｔｅ赤外線検出器である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第１５項ま
    でのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析装置。
17. （１７）前記エネルギ準位が波長約８８５ｎｍ〜９０５
    ｎｍに対応することを特徴とする、特許請求の範囲第１
    ０項記載の結晶欠陥分析装置。
18. （１８）前記励起の照射スポット径が約１μｍ〜１ｍｍ
    であることを特徴とする、特許請求の範囲第１項から第
    １７項までのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析装置。
19. （１９）前記励起源の照射出力が約１０ｍｗ〜３００ｍ
    ｗであることを特徴とする、特許請求の範囲第１項から
    第１８項までのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析装置
    。
20. （２０）前記励起源がＧａＡｌＡｓ／ＧａＡｓ系半導体
    レーザであることを特徴とする、特許請求の範囲第１１
    項記載の結晶欠陥分析装置。
21. （２１）さらに、結晶欠陥分布をカラー表示する装置を
    具備することを特徴とする、特許請求の範囲第１項から
    第２０項までのいずれか一つに記載の結晶欠陥分析装置
    。