专利名称：载流子寿命的测定方法以及测定装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够取得在对材料提供了激励时使其发出的光(冷光(Luminescence)),而测定材料内的载流子寿命的测定方法以及测定装置。
背景技术：
在半导体、其他材料领域中，测定并分析来自材料的发光(冷光)，来评价材料中的杂质浓度、晶体缺陷的性质、其分布，从而进行材料的分析、改善。作为得到冷光的手段，有对材料电气地注入载流子(电子、空穴)而观察所注入的电子和空穴再结合的过程的发光的电致冷光法、通过来自激光器等的光使电子激励的光致发光法。所注入的电子、所激励的电子在以某概率和时间与空穴结合时发光而消灭。将直至该消灭的平均的时间称为载流子寿命。冷光的特性(发光波长、发光强度、载流子寿命等)依赖于结晶中的晶体缺陷、杂质的种类、浓度，能够通过冷光调查材料的状态。另一方面，在近年来急速普及的使用了硅的太阳能电池中，要求发电效率等性能的提高、品质的稳定化、制造成本的降低、大型化等。为了对应于这些要求，以高吞吐量(制造速度)制造高品质且大面积的硅晶体变得重要。作为高品质的太阳能电池用的结晶，缺陷少是重要的。由于各种缺陷吸收来自太阳的光能而无法变换为电能。即，特意发生的电能也被缺陷捕捉而变换为热或者再发光，而无法作为电能取出。在半导体中发生的电能是指，由光激励的激励电子(载流子)。如此前说明，通过电致冷光法、光致发光法得到的信息与激励电子相关，对太阳能电池的动作机构具有很深的关联。特别，载流子寿命根据结晶中的缺陷、杂质的种类、浓度而大幅受到影响。在以下的专利文献I中，公开了半导体的检查方法和检查装置。该文献记载的方法虽然实现了高速动作，但未评价载流子寿命而仅简单地比较了偏置状态下的冷光的强度分布。在该方法中，在对晶片上的电极施加偏置的同时进行了冷光评价，所以需要布线并且成为接触评价，所以无法非接触地进行检查，而有可能污染制造中的晶片。另外，作为其他以往例，有如专利文献2所述通过时间相关单一光子计数法、超高速照相机法求出材料的载流子寿命的方法。时间相关单一光子计数法是针对单一光子直接测定衰减的波形的方法，但在直方图制作中需要长的时间，所以难以测量晶片的多点。另夕卜，超闻速照相机法非常昂贵。专利文献1:W02007/128060A1 公报专利文献2 :日本特开2008 - 170257号公报
发明内容
如此前叙述，在以往技术中，虽然有实现了高速评价冷光的方法的例子，但载流子寿命无法测定，无法评价根据载流子寿命计算的缺陷的种类、浓度等。另外，在进行以往的载流子寿命评价的方法中，测量装置非常昂贵，在测定中也需要时间，所以测定成本上升，而且无法进行映射测定等那样的多点的测定而得到测量数据分布。本发明的目的在于提供一种载流子寿命的测定方法以及测定装置，无需接触材料，通过研究观察从材料发出的光的方法，能够低成本、高速地得到与能量载流子的寿命相关的彳目息。另外，本发明的目的在于提供一种能够求出半导体等材料内的载流子寿命的分布的载流子寿命的测定方法以及测定装置。在本发明的载流子寿命的测定方法中，对材料提供激励，探测从材料发出的光，其特征在于，以隔开间隔而使激励时间重复的方式，对材料提供激励，在包括多个激励时间的长度的测定时间内，使从材料在激励时间内发出的光、和接着激励时间的终结发出的衰减光分离，在所述测定时间内，积蓄所分离的多个所述衰减光而探测，根据所积蓄的探测光的强度测定载流子的寿命。在本发明的载流子寿命的测定方法中，通过与激励时间的终结同时或者在其以后取得从材料发出的光，从在激励时间内发出的光分离衰减光。或者，通过从激励时间的途中取得从材料发出的光，使在激励时间内发出的光、和所述光的一部分以及衰减光分离。在本发明的载流子寿命的测定方法中，使从激励源发出的激励通过激励侧的调制装置，以隔开间隔而使激励时间重复的方式，对材料提供激励。或者，从激励源断续地发生激励，以隔开间隔而使激励时间重复的方式，对材料提供激励。在本发明的载流子寿命的测定方法中，使从材料发出的光通过受光侧的调制装置，从在激励时间内发出的光分离衰减光，通过具有与测定时间相当的曝光时间的受光装置，积蓄多个衰减光而探测。或者，使用能够间歇地受光从材料发出的光的受光装置，从在激励时间内发出的光分离衰减光，并且在测定时间内积蓄多个衰减光而探测。在本发明的载流子寿命的测定方法中，所述受光装置是排列了多个受光元件的装置，通过各个受光元件积蓄多个衰减光而探测。例如，使用二维地排列了多个受光元件的受光装置，通过各个受光元件同时取得从材料的一定的面积的区域发出的衰减光，得到所述区域内的位置和载流子寿命所相关的信息。或者，使用成列地排列了多个受光元件的受光装置，通过多个受光元件同时取得从材料发出的衰减光，使该取得行线移动，而得到材料的一定的面积的区域内的位置和载流子寿命所相关的信息。在本发明的载流子寿命的测定方法中，对材料提供多个频率的激励，取得积蓄了在各个频率的激励中从材料发出的衰减光的探测光，能够根据伴随调制频率的增加而所述探测光的强度非线性地增加的频率，对载流子寿命进行定量化而测定。进而，从通过不同的频率的激励得到的所述探测光的强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿命分量进行定量化而测定。或者，在以隔开间隔而使激励时间重复的方式对材料提供了激励时，从积蓄衰减光而得到的探测光的强度、与连续检测从材料发出的光而得到的检测光的强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿命分量进行定量化并进行测定。或者，通过不同的波形针对对材料提供的激励进行调制，取得积蓄了在各个调制波形的激励中从材料发出的衰减光的探测光，从通过不同的波形的调制得到的探测光的强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿命分量进行定量化并进行测定。另外，通过相互相异的相位的波形对从材料发出的光进行调制，取得积蓄衰减光而探测的探测光，从通过不同的相位的调制得到的探测光的强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿命分量进行定量化并进行测定。进而，使对材料提供激励的间隔与激励时间的占空比、以及从在激励时间内发出的光分离衰减光时的分离时间与该分离时间的间隔的占空比相异，从在不同的占空比时积蓄衰减光而得到的探测光的强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿命分量进行定量化并进行测定。在本发明的载流子寿命的测定方法中，对材料提供的激励是激励光。或者，对材料提供的激励是激励光。在本发明的载流子寿命的测定装置中，对材料提供激励，探测从材料发出的光，其特征在于，具有激励装置，对材料提供隔开间隔而使激励时间重复的激励；以及探测装置，在包括多个激励时间的长度的测定时间内，使从材料在激励时间内发出的光、和接着激励时间的终结发出的衰减光分离，在所述测定时间内，积蓄所分离的多个所述衰减光而探测。在本发明的载流子寿命的测定装置中，所述激励装置具有激励源、和以隔开间隔使激励时间重复的方式对从激励源发出的激励进行调制的激励侧的调制装置。或者，所述激励装置具有以隔开间隔使激励时间重复的方式发出激励的激励源。在本发明的载流子寿命的测定装置中，所述激励源是发光源。或者，所述激励源是激励电力的发生源。在本发明的载流子寿命的测定装置中，所述探测装置具有调制装置，将从所述材料发出的光分离为在激励时间内发出的光和衰减光；以及受光装置，在与测定时间相当的曝光时间内积蓄多个衰减光而探测。或者，所述探测装置具有受光装置，间歇地接收从材料发出的光，从在激励时间内发出的光分离衰减光，并且积蓄多个衰减光而探测。在本发明的载流子寿命的测定装置中，所述探测装置通过与激励时间的终结同时或者在其以后取得从材料发出的光，从在激励时间内发出的光分离衰减光。或者，所述探测装置通过从激励时间的途中取得从材料发出的光，使在激励时间内发出的光、和所述光的一部分以及衰减光分离。在本发明的载流子寿命的测定装置中，所述受光装置是排列了多个受光元件的装置，各个受光元件积蓄多个衰减光而探测。在该情况下，所述受光装置具有二维地排列的多个受光元件，通过各个受光元件取得从材料的一定的面积的区域发出的衰减光，得到所述区域内的位置和载流子寿命所相关的信息。或者，所述受光装置具有成列地排列的多个受光元件，并具有使所述受光装置和材料向与所述列交叉的朝向相对移动的移送装置，通过多个受光元件同时取得从材料发出的衰减光，并且该取得行线移动，而得到一定的面积的区域内的位置和载流子寿命所相关的信息。另外，在本发明的载流子寿命的测定装置中，在材料与所述探测装置之间设置了波长滤色片。或者，在材料与所述探测装置之间设置了偏振光滤色片。在本发明的载流子寿命的测定装置中，设置有使对材料提供的激励的频率变化的激励装置，设置有从在以不同的频率激励时由所述探测装置取得的探测光的强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿命分量进行定量化并进行测定的判别部。或者，设置有对于对材料提供的激励，隔开间隔使激励时间重复而提供的激励装置，设置有从在以隔开间隔而使激励时间重复的方式对材料提供了激励时由所述探测装置取得的探测光的强度、与由所述探测装置连续检测从材料发出的光而得到的检测光的强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿命分量进行定量化并进行测定的判别部。或者，设置了通过不同的波形针对对材料提供的激励进行调制，积蓄在各个调制波形的激励中从材料发出的衰减光而探测的探测装置，设置了从通过不同的波形的调制得到的探测强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿命分量进行定量化并进行测定的判别部。进而，设置有通过相互相异的相位的波形对从材料发出的光进行调制，积蓄衰减光而探测的探测装置，设置有从通过不同的相位的调制得到的探测强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿命分量进行定量化并进行测定的判别部。另外，具有激励装置，使对材料提供激励的间隔与激励时间的占空比相异；以及探测装置，使将在激励时间内发出的光和衰减光分离时的分离时间与该分离时间的间隔的占空比相异，设置有从在不同的占空比时积蓄衰减光而得到的探测光的强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿命分量进行定量化并进行测定的判别部。本发明能够得到无需接触材料而通过观察从材料发出的光，得到与材料内的载流子的寿命相关的信息。另外，本发明能够在材料的规定的区域内求出载流子寿命的分布。
图1是示出在激励期间中从材料发出的光的强度的线图。图2是示出材料内的载流子寿命所引起的发光的衰减曲线的线图。图3是示出在对材料提供了矩形波的激励时从材料发出的光的强度变化的线图。图4是对材料提供所调制的激励并以与激励相逆的相位对从材料发出的光行调制而探测的测定方法以及测定装置的说明图。图5是示出使用了图4所示的测定装置时的、对材料提供的激励的调制、从材料发出的光的调制、以及所分离的衰减光的强度变化的线图。图6是示出对材料提供的激励的调制频率的变化、与积蓄了所分离的衰减光的探测输出的强度的关系的线图。图7是示出积蓄了所分离的衰减光的探测输出成为其最大值的50%时的频率与载流子寿命的关系的线图。图8是示出在不同的频率下得到的探测光之比、与载流子寿命的关系的线图。
图9是示出仿真中使用的材料，并且发光强度和载流子寿命在X坐标的各个位置变动的材料的特性的线图。图10是示出将对材料提供的激励的调制频率和从材料发出的光的调制频率切换了时的、对材料提供的激励的调制、从材料发出的光的调制、以及所分离的衰减光的强度变化的线图。图11是对比了图10所示的各个频率的调制中得到的探测光的强度的X坐标处的变动特性、和不同的频率的调制中得到的探测输出之比的X坐标处的变动特性的线图。图12是示出连续探测在对材料提供了连续的激励时从材料发出的光而得到的检测光的强度的线图。图13是示出在使激励侧的调制和受光侧的调制成为梯形波形时从材料发出的光的强度变化、和所分离的衰减光的强度变化的线图。图14是对比了以不同的频率进行了梯形波形的调制时的探测光的强度的X坐标处的变动特性、与不同的频率的调制中得到的探测输出之比的X坐标处的变动特性的线图。图15是示出在梯形波形的调制中在不同的频率下得到的探测光之比、与载流子寿命的关系的线图。图16是示出在提供了呈现大致三角函数的变化的波形的调制时从材料发出的光的强度变化、和所分离的衰减光的强度变化的线图。图17是对比了以不同的频率进行了三角函数的波形的调制时的探测光的强度的X坐标处的变动特性、和不同的频率的调制中得到的探测输出之比的X坐标处的变动特性的线图。图18是示出在三角函数波形的调制中在不同的频率下得到的探测光之比、与载流子寿命的关系的线图。图19是示出在以矩形波进行了调制时、和以三角函数波形进行了调制时的、从材料发出的光的强度变化、和所分离的衰减光的强度变化的线图。图20是对比了以不同的波形进行了调制时的探测光的强度的X坐标处的变动特性、和通过不同的波形的调制得到的探测输出之比的X坐标处的变动特性的线图。图21是示出通过不同的波形的调制得到的探测光之比、与载流子寿命的关系的线图。图22是示出以不同的相位差进行了调制时的、从材料发出的光的强度变化、和所分离的衰减光的强度变化的线图。图23是对比了以不同的相位差进行了调制时的探测光的强度的X坐标处的变动特性、和不同的相位差的调制中得到的探测输出之比的X坐标处的变动特性的线图。图24是示出不同的相位差的调制中得到的探测光之比、与载流子寿命的关系的线图。图25是示出在以使占空比相异了的波形进行了调制时从材料发出的光的强度变化、和所分离的衰减光的强度变化的线图。图26是对比了以使占空比相异了的波形进行了调制时的探测光的强度的X坐标处的变动特性、和不同的占空比的调制中得到的探测输出之比的X坐标处的变动特性的线图。图27是示出以使占空比相异了的波形进行调制而得到的探测光之比、与载流子寿命的关系的线图。图28是示出在使频率和波形这双方不同而进行了调制时从材料发出的光的强度变化、和所分离的衰减光的强度变化的线图。图29是示出在以50%以外的占空比的波形进行了使相位错开了调制时从材料发出的光的强度变化、和所分离的衰减光的强度变化的线图。图30是示出理想的结构的测定方法以及测定装置的第I实施方式的说明图。图31是示出理想的结构的测定方法以及测定装置的第2实施方式的说明图。(符号说明)1:测定装置；10:激励装置；11:激励源；12:调制装置；13:连续光；14:激励光；20:探测装置；21:调制装置；22:滤色片；23:受光装置；24:冷光；25:分离光；26:衰减光；30:半导体材料；40:测定装置；41:透镜；42:聚光透镜；43:照相机镜头；45:移送装置；46:调制控制部；47:判别部；51:分束器；52:照相机镜头；53:受光装置。
具体实施例方式本发明通过探测从半导体等材料发出的光(冷光)，来评价该材料。在结晶材料中，存在以电子的能量为基准的传导带、非发光中心、杂质能级、缺陷感应能级等各种能级。如果激励电子以非热平衡状态存在于能级，则在以某概率与空穴再结合而消灭的过程中发生载流子寿命。此时，激励电子的能量被变换为光，成为衍射振动而作为热被传递到材料。此时的发光特性反映结晶特有的电子构造、各种缺陷，一般，如果晶体缺陷的密度高，则载流子寿命变短。因此，为了得知材料的缺陷状况、纯度，测定载流子寿命是重要的。对于太阳能电池用的结晶，需要缺陷少。如果缺陷密度高，则通过阳光的照射发生的激励电子(电能)被缺陷能级捕获而变换为热或者再发光，而无法作为电能取出。另外，太阳能电池通过在其受光部中发生的载流子到达电极而引起发电，但如果在根据载流子寿命导出的扩散距离以内不存在电极，则无法发电。因此，如果载流子寿命长，则能够减少电极配置密度，能够增大受光面积。如果能够非接触且高速地测定晶片全面的载流子寿命分布，则即使在太阳能电池的制造工序中，在制造或者加工受光部(发电部)自身的工序、每个工序的检查工序等中也能够依次得知太阳能电池特性。例如，虽然需要以高品质形成成为受光部的Pn结，但针对不能进行离子注入 退火、导电性结晶的生长等再处理的制造工序，通过在刚刚制造之后在晶片全面测定载流子寿命，能够在全部工序完成以前评价作为太阳能电池的品质。此时，通过用分布影像图来表现载流子寿命的评价结果，能够明确在制造中侵入的不良的原因和其场所而尽可能减少制造损失，进行成品率提高、生产性的改善。本发明的测定方法以及测定装置非接触地测定冷光(来自材料的发光)，高速、低成本地求出材料的载流子寿命。为此，其特征在于，将激励中的发光、和激励后的发光区分或者分离而测量。进而，其特征 在于，反复积蓄分离的发光并记录。在以下的实施方式中，通过光致发光评价了载流子寿命。光致发光是指，在通过光激励的激励电子与空穴再结合时发光的过程的概念。但是，本发明中的激励以及发光不限于光致发光，而通过电致冷光等也能够实施。图1示出对硅(Si)等晶片在规定时间提供了连续的激励光时的冷光，横轴是时间且纵轴是发光的大小。理想地，通过连续的光的激励得到的冷光的大小是A P。此处，Acw是激励强度，P是发光概率(频度)。在图1中附加阴影的面积相当于将时间Tm作为测定时间，以测定时间对发光的大小进行积分而得到的值AafPTm。在该积分值中，应该还包含与载流子寿命相关的信息，但无法从积分值单独抽出载流子寿命的信息。图2示出对硅等半导体材料提供了激励光时的发光与载流子寿命的关系，横轴是时间，纵轴是发光的大小。如果在材料内吸收了激励光的I个光子，则在经过了由材料的特性决定的特性时间τ之后，以概率P再发光更低的能量的光子。如果针对材料具有相同的能量的无限的数量的光子被吸收而在上述工艺中依次再发光，则发光的概率分布成为指数函数性的衰减曲线。理想地,如果将激励光设为振幅A δ的德尔塔函数，则发光概率的衰减曲线通过APe 一Vt (e是自然数)来表示。所述τ是载流子寿命的参数。即，能够将直至初始的发光的大小减少至Ι/e所需的时间τ评价为载流子寿命的参数。但是，如果希望测定所述时间τ，则需要使用非常高速且非常良好地同步的高感度检测器，来测定大量的光子并平均化。进而，所述时间τ是纳秒区域的非常短的时间，所以为了光子的平均化，需要非常长的测定时间。进而，需要检测极其弱的光，所以在通常的检测器的噪声等级、装置整体的背景等级下，实质上难以测定。图3示出对材料提供了陡峭的脉冲的激励光时的来自材料的发光的大小与时间的关系。在图3中，用粗实线表示了发光的大小的变化。呈现如果陡峭的脉冲状的激励光上升，则发光的大小根据时间而曲线地上升的特性，在激励光的下降之后，呈现发光的大小根据时间而曲线地衰减的特性。对于在时间上对发光的大小进行积分而得到的积分值即图3的阴影区域的面积，如果将激励光的脉冲的时间宽度设为ΤΡ、将振幅设为ΑΡ，则发光的积分值成为ΡΤΡΑΡ。此时的发光是发光概率(频度)P、和载流子寿命无法相互区分地混合存在的状态，所述积分值并非仅抽出载流子寿命的信息而得到的。但是，在图3中，激励光的脉冲的下降之后的发光的衰减曲线具有图2所示的APe^Vx的卷积特性，包含载流子寿命的参数τ。在本发明中，通过在图3中接着激励脉冲的下降分离并取得衰减的衰减光来进行载流子寿命的评价。但是， 脉冲的下降之后的发光的衰减时间极其短，所以为了仅取得所分离的衰减光，需要极其高速应答的受光装置。而且，衰减光微弱，所以为了取得该衰减光，需要使用高速应答的受光装置，反复多次取得衰减光，需要极其高度的受光技术。图4示出能够对材料提供激励并从从材料发出的光分离衰减光而取得所分离的多个衰减光的本发明的基本的实施方式的测定方法和测定装置。图4所示的测定装置I具有激励装置10和探测装置20。激励装置10具有激励源11和激励侧的调制装置12。探测装置20具有受光侧的调制装置21、滤色片22、以及受光装置23。激励源11是连续发振型的半导体激光器，激励侧的调制装置12和受光侧的调制装置21是音响光学元件。受光装置23是在规定的曝光时间内积蓄而探测光的积分型的受光装置，例如是具有多个CCD元件的受光装置。滤色片22是波长滤色片或者偏振光滤色片。图5(a)示出从激励源11连续发光的连续光13被激励侧的调制装置12调制之后的激励光14的波形。被用作调制装置12的音响光学元件通过超声波频率控制衍射常数，高速切换针对通过的连续光13的折射率。因此，能够将通过了调制装置12的激励光14的大小如图5 (a)所示，调制为使上升沿和下降沿接近大致矩形波的特性。图5 (a)所示的激励光14的照射(激励)和周期的占空比是50%。图5 (b)示出在对硅等半导体材料30提供了激励光14时从半导体材料30发出的冷光24的强度变化。如图3所示，冷光24的大小追踪激励光14的陡峭的上升沿根据时间曲线地增加，接着激励光14的陡峭的下降沿而曲线地衰减。图5 (c)示出通过受光侧的调制装置21得到的调制波形。该调制波形被设定为与图5 (a)所示的激励光14的下降沿同步地上升，与激励光14的上升沿同步地下降。激励侧的调制装置12和受光侧的调制装置21由相同的音响光学元件构成，激励侧的调制装置12和受光侧的调制装置21通过相同的频率且相互逆相位的控制信号而动作。图5 Cd)示出从半导体材料30发出的冷光24被受光侧的调制装置21调制之后的分离光25。通过受光侧的调制装置21的调制，图5 (b)所示的冷光24中的、照射激励光14的激励时间中的光无法取得，接着激励光14的末端(激励时间的末端)仅取出衰减光26。如图5 (d)所示,为了从冷光24仅分离并取出衰减光26,通过图5 (C)所示的受光时的调制，与激励光14的末端(激励时间的末端)同时或者之后取得冷光24即可。另外，图5 (b)示出从半导体材料30中的某I点的区域发出的冷光24的强度变化，图5 (d)的分离光25是从从该I点的区域发出的冷光24分离衰减光26而得到的。该I点的区域是指，通过受光装置23探测的I个像素，被对位为作为I个受光元件的CXD元件能够受光的区域。针对图5 Cd)所示的分离光25，通过通过滤色片22而抽出包含衰减光26的光分量，并被受光到受光装置23。受光装置23中设置的CCD元件具有在从开始光的受光至将探测输出转移到存储器的期间积蓄光的曝光时间，但相对于该曝光时间，图5 (a) (c)所示的调制周期被设定为充分短。该曝光时间成为对图5 (d)所示的多个分离光25进行积蓄(积分)而探测的测定时间。如图2和图3所示，接着激励光14的末端而发出的衰减光26包含载流子寿命的参数τ，积蓄了多个衰减光26的探测光包含载流子寿命的信息。接着激励光14的末端而发光的衰减光26是微弱的光，但通过将图5 (a) (c)所示的调制波形设定为比较高的频率，能够在受光装置23的曝光时间内对多个衰减光26进行积蓄(积分)而探测，其结果，能够使探测光的强度成为比受光装置23的探测噪声、其他噪声充分高的等级的输出而取出。图6示出激励侧的调制装置12和受光侧的调制装置21的调制频率、与在受光装置23的CCD元件中对衰减光26进行积蓄而受光的探测光的强度的关系。横轴的对数轴是调制频率且纵轴是探测光的强度。图6是设想在使曝光时间(积分时间)成为一定时载流子寿命如 “ 50nsec ”、“ 70nsec ”、“ IOOnsec ”、“ 150nsec ”、“ 200nsec ”、“ 300nsec ”、“ 500nsec ” 那样阶段性地变化的材料，对探测光的强度变化进行仿真而得到的结果。如6所示，在调制频率低，且调制周期比作为载流子寿命的参数的时间τ充分长时，在曝光时间中积蓄的衰减光26的光量是少量，积蓄了衰减光26的探测光的强度成为大致零。如果增加调制频率，则与其增加成比例地，在曝光时间中积蓄的衰减光26的数量增力口，所以积蓄了衰减光26的探测光的强度大致直线地上升。进而，如果调制频率变高，图5 (C)所示的冷光24的取得时间Tl接近时间τ，则伴随调制频率的增加，探测光的强度非线性地增加。进而，如果调制频率变高，则在取得时间Tl内积蓄的衰减光26的光量饱和，如图6所示，探测光的强度饱和。在通过激励侧的调制装置12进行的激励调制的占空比是50%，通过受光侧的调制装置21进行的受光调制的占空比是50%时，饱和的探测光的强度的理论值是图1所示的冷光的发光强度(发光概率)AcffP的1/4。在图6中，用虚线的横线来表示探测光的强度成为饱和值的50%的等级。饱和值成为50%的等级、即各个实线与虚线的交点位于在各个载流子寿命的材料中测定的探测光的强度相对调制频率的对数性的增加而大致直线地变化的区域。如果根据图6的仿真结果，使用某一个单一的调制频率(测定频率)进行图5 (a)所示的激励光的调制和图5(c)所示的受光的调制而取得了探测光的强度，则如果探测光的强度高，则能够判别为载流子寿命长，如果探测光的强度低，则能够判别为载流子寿命短。对于此时的调制频率(测定频率)，在图6中，优选使用探测光的强度相对横轴的对数性的增加大致直线地上升的区域。另外，如果将多 个测定点的发光强度(发光概率)A P相同的材料作为试样，使用单一的调制频率(测定频率)，取得来自各个测定点的探测光的强度，则在相同的材料内，载流子寿命长的场所的探测光的强度高，载流子寿命短的场所的探测光的强度变低，能够将来自材料的探测光的强度掌握为与载流子寿命的长短对应的浓淡的数据。接下来，图7所示的线图是根据图6所示的仿真，求出标称载流子寿命与图5 (a)(c)中的调制频率的比例关系而得到的。横轴是标称载流子寿命，纵轴是I/调制频率、即调制周期。图7的图中的实线的直线相当于将图6所示的各个载流子寿命的材料的特性曲线(实线)与虚线的交点连接的线。即，图7的图中的实线表示探测光的强度成为饱和值的50%时的调制周期、与该材料的标称载流子寿命的关系。根据图7的仿真结果，能够证明探测光的强度成为饱和值的50%时的调制周期(调制频率)相对载流子寿命成比例地变化，其比例常数K是0.13。即，如果求解探测光的强度成为饱和值的50%的调制频率F，则能够根据F=0.13/ τ χ求出载流子寿命τ χ。另外，对于图7所示的比例关系，载流子寿命未必限于50nsec至500nsec的范围。另外，成为上述载流子寿命的指针的调制频率未必是饱和值的50%，只要是探测光的强度相对调制频率直线地变化的区域，则也可以根据探测光的强度成为饱和值的例如60%,40%时的频率求出载流子寿命。在使材料激励了时得到的探测光的强度的变化中，包含该材料的发光强度(发光概率)A P所引起的强度分量、和载流子寿命的强度分量这双方。但是，如根据图5以及图6说明那样，能够通过扫描调制频率，定量地高精度地求出载流子寿命。进而，如果针对材料的I点求出载流子寿命的定量值，则在其以后，使用2个固定的调制频率，测定对衰减光26进行积蓄(积分)而得到的探测光，求出在不同的调制频率下得到的2个探测光的强度之比，从而能够抵消发光强度(发光概率)，将载流子寿命的强度分量抽出为绝对的测定值。通过该测定方法，即使不始终扫描调制频率，也能够高速地定量地求出载流子寿命。以下，说明该测定方法。图9至图11示出设想根据材料的场所而发光强度(发光概率)和载流子寿命变动的材料，从材料的各个场所单独抽出载流子寿命的信息的测定方法的仿真结果。如图9所示，在该仿真中，设想发光强度(发光概率)和载流子寿命根据场所以相互不同的特性变动的材料。图9的横轴表不材料中的X方向的坐标位置。对于该材料,发光强度(发光概率)随着向X坐标的右边前进逐渐降低，载流子寿命以伴随X坐标的变化起伏的方式增减。图10 (A)示出在图9所示的材料的X坐标上的某I点的区域中，使激励侧的调制装置12和受光侧的调制装置21的各个调制特性成为相互相逆的相位并且使调制频率成为IMHz时的波形。图10 (A)的波形的种类与图5相同，Ca)是激励侧的调制波形、(b)是从材料发出的冷光的强度波形、(c)是受光侧的调制波形、Cd)是衰减光被分离的分离波形。通过在与C⑶元件的曝光时间内相当的测定时间中对在图10 (A)的(d)中分离的分离光进行积分而得到探测光的强度。在图11中，在X坐标上的多个点求出调制频率是IMHz时的探测光的强度，用双点划线表示将该点连接的变化曲线31。图10 (B)是使激励侧的调制装置12和受光侧的调制装置21的各个调制特性成为相互相逆的相位并且使调制频率成为IOMHz时的波形，与图10 (A)同样地，Ca)是激励侧的调制波形、(b)是从材料发出的冷光的强度波形、(C)是受光侧的调制波形、(d)是衰减光被分离的分离波形。在以与IMHz时相同的测定时间对在图10 (B)的(d)中分离的衰减光进行积分而得到的结果是调制频率IOMHz下的探测光的强度。在图11中，在X坐标上的多个点求出调制频率是IOMHz时的探`测光的强度，用实线来表示将该强度连接的线32。在图11中，求出将调制频率是IMHz时的探测光的强度连接的变化曲线31、与将调制频率是IOMHz时的探测光的强度连接的线32之比，用实线的曲线33来表示将该比连接的线(IMHz/lOMHz)。该曲线33的变动特性与图9所示的载流子寿命的变动曲线极其近似，能够理解所述比基于单独抽出载流子寿命而得到的信息。图8是在标称载流子寿命的参数τ I为130nsec的材料中，关于载流子寿命的参数从τ/5至2 T1存在偏差的材料，通过上述图9至图11中说明的仿真，求出在调制频率是IMHz时对衰减光26进行积蓄(积分)而得到的探测光的强度、与在调制频率是IOMHz时对衰减光26进行积蓄(积分)而得到的探测光的强度之比而得到的结果。图8的横轴是载流子寿命的参数τ，纵轴是(IMHz时的探测光的强度)/ (IOMHz时的探测光的强度)之比。在图8中，可知在2个调制频率下得到的探测光之比和标称载流子寿命大致直线地成比例。因此，通过求出在相互不同的调制频率下得到的探测光的强度之比，能够将载流子寿命掌握为与其增减成比例的定量的值。其意味着，即使材料的发光强度(发光概率)A P相异，图6所示的探测光的强度的饱和值相异，通过求出所述比，也能够单独抽出与载流子寿命相关的信息。在图12中，如(a)所示，示出不调制激励光而对材料提供了连续的激励光的例子。此时，如(b)所示，从材料得到连续的冷光，如(C)所示，不调制来自材料的发光，所以如(d)所示，通过受光装置的CCD元件探测到连续的冷光。在图11中，求出在与CCD元件的曝光时间相当的测定时间中对图12 (d)所示的连续光进行积分而得到的探测光的强度的1/4，用虚线来表示将在X坐标的各个场所得到的(强度/4)连接的线34。该线34与将通过IOMHz的调制得到的探测光的强度连接的线32极其近似。因此，如果求出表示调制频率是IMHz时的探测光的强度的变化曲线31、与表示在提供了连续的激励光时得到的探测光的(强度/4)的线34之比，则该比的变动与曲线33大致一致。因此，通过求出对激励光和冷光进行调制而得到的探测光的强度、和用连续的激励光得到的探测光的强度之比，也能够单独取出载流子寿命的信息。在上述实施方式中，以通过激励侧的调制装置12和受光侧的调制装置21进行的光的调制特性依照陡峭地上升并陡峭地下降的矩形波为前提，并且以激励侧的调制装置12和受光侧的调制装置21完全同步地动作为前提进行了说明。但是，由于调制装置的能力、噪声等影响而调制特性有时不成为正确的矩形波特性，并且在激励侧的调制装置12的调制动作与受光侧的调制装置21的调制动作之间有可能产生时间偏移等。但是，对于本发明的测定方法和测定装置，即使调制特性并非正确的矩形波，并且即使在激励侧的调制和受光侧的调制中有时间性的偏移，也能够发挥其特征，能够单独取出与载流子寿命相关的信息。在图13所示的例子中，Ca)所示的通过激励侧的调制装置12得到的调制特性成为梯形波形。因此，从材料发出(b)所示的特性的冷光24。(c)所示的通过受光侧的调制装置21得到的调制特性也是梯形波形。(a)所示的激励侧的梯形波形的调制、和(c)所示的受光侧的梯形波形的调制以相互相逆的相位并且相同的频率相互同步。冷光24接受(c)所示的特性的调制的结果，通过受光装置23探测(d)所示的分离光25。(c)所示的受光侧的调制特性是梯形波形，所以在(d)所示的通过分离光25得到的光分量26a中，不仅是接着激励时间发光的衰减光，而且还包含在激励时间内发出的光的分量的一部分。设想具有与图9所示的情况相同的发光强度(发光概率)和载流子寿命的变动特性的材料，根据仿真求出通过图13所示的调制波形得到的探测光的强度。使图13 (a) (c)所示的调制频率成为1MHz，求出在与CXD元件的曝光时间相当的测定时间中对在X坐标的各个场所得到的分离光25进行积分而得到的探测光的强度，在图14中，用双点划线来表示其变化曲线31a。另外，使图13 (a) (c)所示的调制频率成为10MHz，求出在所述测定时间内对从X坐标的各个场所得到的分离光25进行积分而得到的探测光的强度，在图14中，用实线来表示将该强度连接的线32a。求出在调制频率是IMHz时得到的探测光的强度、与在调制频率是IOMHz时得到的探测光的强度之比而得到的结果是曲线33a。该曲线33a与图9所示的载流子寿命的增减的特性极其近似。即，通过根据图13所示的调制特性，求出在不同的调制频率下得到的探测光的强度之比，也能够得到单独地抽出了载流子寿命的信息。在图15中，求出在图13所示的调制特性中在IMHz的调制频率下求出的探测光的强度、与在IOMHz的调制频率下求出的探测光的强度之比，用与标称载流子寿命的关系来表示强度之比的变化。图15是进行了与图8同样的评价的情况。如图15所示，所述比相对标称载流子寿命大致直线地变化，如果根据图13所示的调制特性，求出在不同的调制频率下得到的探测光的强度之比，则可知该比与载流子寿命的长短成比例地对应。进而，在图14中，与图12(B)同样地，求出在对材料提供了连续的激励光时得到的探测光的强度的1/4，用虚线来表示将在X坐标上的多个场所求出的所述强度连接的线34。该线34、和表示通过梯形波形并且IOMHz调制了时的探测光的强度的线32a大致一致。因此，根据通过图13所示的梯形波形的调制特性调制而得到的探测光的强度、与在使材料连续激励了时得到的探测光之比，也能够单独抽出载流子寿命的信息。在图16所示的仿真中，Ca)所示的激励侧的调制特性成为与三角函数近似的波形，从材料发出(b)所示的特性的冷光24。(c)所示的受光侧的调制特性也是与三角函数近似的波形。(a)所示的激励侧的三角函数波形的调制和(c)所示的受光侧的三角函数波形的调制以成为相同的频率且相互逆相位的方式同步。(d)示出对从材料发出的冷光24进行调制而得到的分离光25的强度变化。(b)所示的特性的冷光24接受(C)所示的三角函数波形的调制，所以在(d)所示的分离光25中包含的光分量26b中，不仅是在激励时间之后发出的衰减光的分量，而且还包含在激励时间内发出的光的分量的一部分。图17示出在图16所示的三角函数波形且IMHz的调制频率下得到的探测光的强度的变化曲线31b、表示在三角函数波形且IOMHz的调制频率下得到的探测光的强度的变动的线32b、以及求出变化曲线31b与线32b之比而得到的曲线33b。该曲线33b与图9所示的材料的载流子寿命的变动曲线近似，抽出了与载流子寿命相关的信息。另外，根据图17所示的变化曲线31b、和表示通过连续的激励光得到的冷光的强度的1/4的变化的线34之比，也得到与所述曲线33b等同的特性。图18相当于图15，示出在图16所示的三角函数波形且IMHz的调制频率下得到的探测光的强度、与在三角函数波形且IOMHz的调制频率下得到的探测光的强度之比、和标称载流子寿命的关系。根据图18，即使在通过三角函数波形调制了时，通过求出在不同的频率下得到的探测光的强度之比，也能够得到与载流子寿命的分量成比例的信息。接下来，对于去除发光强度的分量并对载流子寿命分量进行定量化的测定方法，除了使用上述那样的通过不同的调制频率得到的探测光的强度之比、进而通过连续光得到的探测光的强度的1/4的值的方法以外，还能够使用以下的那样的测定方法。图19所示的仿真表示设想图9所示的特性的材料，通过求出在使调制波形相异了时得到的探测光的强度之比，能够单独抽出与载流子寿命相关的信息。图19 (A)与图10 (A)的波形相同，Ca)所示的激励侧的调制波形是矩形波，(c)所示的受光侧的调制波形也是矩形波。(a)所示的激励侧的调制波形和(c)所示的受光侧的调制波形以在成为相同的IMHz的频率且相互成为逆相位的方式同步。在与CCD的曝光时间相当的测定时间内对通过(d)得到的分离光进行积分而得到的结果是探测光的强度。在图20中，用双点划线的变化曲线31c来表示矩形波的调制中得到的探测光的强度的X坐标上的分布。图19 (B)是与图16相同的波形，是(a)所示的激励侧的调制波形、和(C)所示的受光侧的调制波形与三角函数近似的曲线。(a)的调制波形和(c)的调制波形是相同的频率，成为相位偏移了 180度的逆相位。另外，图19 (A)的(a) (c)所示的矩形波、和图19(B)的(a) (c)所示的三角函数波形是相互相同的频率，是1MHz。在图20中，用实线的变化曲线32c来表示三角函数波形的调制中得到的探测光的强度的X坐标上的分布。图20示出求出矩形波的调制中得到的探测光的强度的变化曲线31c、与三角函数波形的调制中得到的探测光的强度的变化曲线32c之比而得到的曲线33c。该曲线33c与图9所示的载流子寿命的变动曲线近似，反映了载流子寿命的信息。图21示出(通过矩形波的调制得到的探测光的强度)/ (通过三角函数波形的调制得到的探测光的强度)之比、与标称载流子寿命的关系。根据图21，能够理解矩形波的调制中得到的探测光的强度与通过三角函数波形的调制得到的探测光的强度之比的大小大致追踪载流子寿命的大小的变化。图22所示的仿真表示设想图9所示的特性的材料，通过求出使激励侧的调制波形与受光侧的调制波形之间的相位差相异而得到的2种探测光的强度之比，能够单独抽出与载流子寿命相关的信息。图22 (A)所示的波形与图10 (A)以及图19 (A)相同，(a)所示的激励侧的调制波形、和(c)所示的受光侧的调制波形是相同的IMHz的频率且相位差为180度的矩形波。在与CCD的曝光时间相当的测定时间内对通过(d)得到的分离光进行积分而得到的结果是探测光的强度，在图23中，用双点划线的变化曲线31d来表示该探测光的强度的X坐标上的分布。在图22 (B)中，(a)所示的激励侧的调制波形、和(C)所示的受光侧的调制波形是矩形波，激励侧与受光侧的相位差是O度。对于图22 (A)的(a) (c)所示的矩形波、和图22 (B)的(a) (c)所示的矩形波，占空比都是50%，频率都是1MHz。在图23中，用实线来表示示出图22 (B)的调制中得到的探测光的强度的X坐标上的分布的线32d。图23示出求出图22 (A)的波形的调制中得到的探测光的强度的变化曲线31d、与图22 (B)的波形的调制中得到的探测光的强度的变化曲线32d之比而得到的曲线33d。该曲线33d与图9所示的载流子寿命的变动曲线近似，反映了载流子寿命的信息。图24示出(通过图22 (A)的调制得到的探测光的强度)/ (通过图22 (B)的调制得到的探测光的强度)之比、与标称载流子寿命的关系。根据图24，通过求出用不同的相位差的矩形波调制的2种探测光的强度之比，能够得到与载流子寿命的分量成比例的信息。图25至图27所示的仿真表示设想图9所示的特性的材料，通过求出使调制波形的占空比相异而得到的2种探测光的强度之比，能够单独抽出与载流子寿命相关的信息。图25 (A)所示的波形与图10 (A)和图19 (A)以及图21 (A)相同，Ca)所示的激励侧的调制波形、和(c)所示的受光侧的调制波形是相同的IMHz的频率且相位相逆的矩形波。对于图25 (B)所示的波形，(a)所示的激励侧的调制波形、和(c)所示的受光侧的调制波形是IMHz的频率且逆相位的矩形波。其中，在图25 (A)中，调制波形的占空比是50 :50，相对于此，在图25 (B)中，占空比是90 :10。在图26中，用二点差线来表示示出图25 (A)的调制中得到的探测光的强度的X坐标上的分布的变化曲线31f，用实线来表示示出图25 (B)的调制中得到的探测光的强度的X坐标上的分布的变化曲线32f。另外，示出求出变化曲线31f与变化曲线32f之比而得到的曲线33f。该曲线33f与图9所示的载流子寿命的变动曲线近似，反映了载流子寿命的信息。
图27示出(通过图25 (A)的调制得到的探测光的强度)/ (通过图25 (B)的调制得到的探测光的强度)之比、与标称载流子寿命的关系。根据图26和图27可知，能够从使占空比相异而测定的探测光的强度之比，抽出载流子寿命的信息。在上述各实施方式中，说明了以下的例子。(I)求出不同的频率的调制中得到的2种探测光的强度之比。(2)求出通过间歇的激励得到的探测光的强度、与通过连续的激励得到的探测光的强度之比。(3)通过矩形波以外的波形进行激励侧的调制或者受光侧的调制。(4)求出通过波形相互相异的调制得到的2种探测光的强度之比。(5)求出使激励侧的调制和受光侧的调制的相位差相互相异而得到的2种探测光的强度之比。(6)求出不同的占空比的调制中得到的2种探测光的强度之比。上述条件能够相互组合。例如，通过求出图28 (A)所示的例如IMHz的矩形波的调制中得到的探测光的强度、与图28 (B)所示的与三角函数近似的波形且频率比矩形波高的例如IOMHz的调制中得到的探测光的强度之比，也能够独立地抽出与载流子寿命相关的信息。另外，在图5、图10 (A)所示的例子中，通过使(a)所示的激励侧的调制、和(C)所示的受光侧的调制都成为占空比为50%且逆相位的矩形波，从激励中的光分离接着对材料提供激励的激励时间的末端的衰减光。相对于此，在图29所示的例子中，Ca)所示的激励侧的调制、和(c)所示的受光侧的调制都基于占空比是40%的矩形波，在激励侧的调制和受光侧的调制中相位偏移了 144度。通过该结构，也能够与对材料提供激励的激励时间的末端同步地，从激励中的光分离衰减光。这样，激励侧的调制和受光侧的调制不限于相位差180°以及占空比50%，只要是能够分离衰减特性的调制波形即可。图30示出最适合于实现此前说明的测定方法的测定装置40。与图4所示的基本构造的测定装置I同样地，激励装置10具有激励源11和激励侧的调制装置12。激励源11是连续发光的半导体激光器，调制装置12是音响光学元件。由激励源11发出的连续光13通过调制装置12调制而成为激励光14。在调制装置12的前方设置了透镜41，调制的激励光14被光学地调制，被提供到材料30的表面的规定的面积的区域。透镜41是准直透镜、焦点比大的凸透镜或者凹透镜、或者它们的组合，构成为对材料30的规定的面积的区域提供的光量之差成为最小。探测装置20具有受光侧的调制装置21和受光装置23。调制装置21是音响光学元件。在材料30与调制装置21之间设置了聚光透镜42。从材料30的规定的区域发出的冷光24通过聚光透镜42聚光而被提供给调制装置21，通过调制装置21分离的分离光25被受光装置23受光。受光装置23是排列了多个CCD元件的受光元件阵列，在其前方，设置了使分离光25向受光元件阵列聚光的照相机镜头43。另外，在探测装置20中根据需要装备图4所示的滤色片22。只要受光装置23中设置的受光元件阵列是具有二维地排列的多个CXD元件的结构，就能够通过各个CCD元件同时接收从材料30的规定面积的区域发出的冷光24。能够通过由各个CCD元件得到的探测光的强度，得到一定的面积的区域的各个点的载流子寿命的信息。另外，通过对用各个CCD元件探测的探测光的强度，进行图11的曲线33所示那样的比的运算，能够关于宽的区域内的各个点，抽出与载流子寿命相关的信息。另外，在受光装置23中设置的受光元件阵列是具有形成I列或者多列的C⑶元件的结构的情况下，通过设置使设置了材料30的平台向与所述列正交的方向间歇或者连续地移动的移送装置45，能够用受光装置23的CCD元件依次取得来自材料30的宽的面积的冷光。即使固定设置了材料30的平台，而使测定装置40移动也是同样的。图30所示的测定装置40具有调制控制部46。通过该调制控制部46控制激励侧的调制装置12和受光侧的调制装置21，如各图所示，进行激励光的调制和冷光的调制。在测定装置40中，设置了还作为主控制部发挥功能的判别部47，控制激励源11和调制装置12、21。同时，在将受光装置子23的各个CCD元件在该曝光时间内积蓄而得到的探测光保持于存储器之后，变换为数字值而提供给判别部47。通过判别部47，进行图11的曲线33所示那样的比的运算，能够将各个CCD元件作为像素单位，得到材料30的测定区域的各个点的载流子寿命的信息。能够将由判别部47运算出的材料30的各个点的载流子寿命的信息用作规定面积的区域内的比较信息。例如，能够将各个点的载流子寿命作为数字信息而显示于显示装置，或者，能够显示为具有与载流子信息对应的浓淡的插像。在该情况下，各个CCD成为浓淡的像素单位。在图31所示的测定装置40A中，设置了使从材料30发出的冷光24分离的分束器51,冷光24被分离为朝向聚光透镜42的分量和朝向第2照相机镜头52的分量。然后,通过第2照相机镜头52的光不经由调制装置，而被提供给第2受光装置53。在该测定装置40A中，能够通过一次的测定，得到对冷光24进行了调制的探测光、和无调制的探测光。或者，也可以针对由分束器51分离的光通过第2调制装置调制并通过受光装置53探测。由此，能够通过一次的测定得到不同的调制的探测光。另外，本发明不限于上述实施方式，而能够实现各种变更。例如，如果作为激励源11使用间歇地发光的脉冲发光激光器，则即使不设置调制装置12，也能够得到按照各种占空比调制的激励光14。另外，对于受光装置23，只要使用各个探测元件间歇地接收光并能够将间歇地受光的探测输出积蓄到存储器的结构，则即使不设置调制装置21，也能够从冷光分离作为载流子寿命的分量的衰减光，进而在规定的曝光时间内积蓄分离的衰减光。进而，通过激励装置10不发出激励光而发生间歇的电力，并根据该电力使材料30内的载流子激励并再结合而发光的电致冷光，也能够测定载流子寿命。进而，对于作为本申请发明的测定方法以及测定装置的对象的材料，硅(Si)、磷化铟(InP)、碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、硅·锗合金(SiGe)、锗(Ge)、黄铜矿型化合物(CuInS2)、黄铜矿系多结晶膜(Cu (In，Ga) Se2)、富勒烯(C60)感应体系有机半导体等半导体结晶材料是典型的材料，但也可以是这些以外的半导体材料。进而，只要是通过激励光、激励电力，内部的载流子被激励而活性化，在电子等载流子的能量等级降低时发出光的材料，也可以是有机材料、高分子材料等。
权利要求
1.一种载流子寿命的测定方法，对材料提供激励，探测从材料发出的光，其特征在于: 以隔开间隔而使激励时间重复的方式，对材料提供激励， 在包括多个激励时间的长度的测定时间内，使从材料在激励时间内发出的光、和接着激励时间的终结发出的衰减光分离， 在所述测定时间内，积蓄所分离的多个所述衰减光而探测，根据所积蓄的探测光的强度测定载流子的寿命。
2.根据权利要求1所述的载流子寿命的测定方法，其特征在于:通过与激励时间的终结同时或者在其以后取得从材料发出的光，从在激励时间内发出的光分离衰减光。
3.根据权利要求1所述的载流子寿命的测定方法，其特征在于:通过从激励时间的途中取得从材料发出的光，使在激励时间内发出的光、和所述光的一部分以及衰减光分离。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的载流子寿命的测定方法，其特征在于:使从激励源发出的激励通过激励侧的调制装置，以隔开间隔而使激励时间重复的方式，对材料提供激励。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的载流子寿命的测定方法，其特征在于:从激励源断续地发生激励，以隔开间隔而使激励时间重复的方式，对材料提供激励。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的载流子寿命的测定方法，其特征在于:使从材料发出的光通过受光侧的调制装置，从在激励时间内发出的光分离衰减光，通过具有与测定时间相当的曝光时间的受光装置，积蓄多个衰减光而探测。
7.根据权利要求1至5中的任意一项所述的载流子寿命的测定方法，其特征在于:使用能够间歇地受光从材料发出 的光的受光装置，从在激励时间内发出的光分离衰减光，并且在测定时间内积蓄多个衰减光而探测。
8.根据权利要求6或者7所述的载流子寿命的测定方法，其特征在于:所述受光装置是排列了多个受光元件的装置，通过各个受光元件积蓄多个衰减光而探测。
9.根据权利要求8所述的载流子寿命的测定方法，其特征在于:使用二维地排列了多个受光元件的受光装置，通过各个受光元件同时取得从材料的一定的面积的区域发出的衰减光，得到所述区域内的位置和载流子寿命所相关的信息。
10.根据权利要求8所述的载流子寿命的测定方法，其特征在于:使用成列地排列了多个受光元件的受光装置，通过多个受光元件同时取得从材料发出的衰减光，使该取得行线移动，而得到材料的一定的面积的区域内的位置和载流子寿命所相关的信息。
11.根据权利要求1至10中的任意一项所述的载流子寿命的测定方法，其特征在于:对材料提供多个频率的激励，取得积蓄了在各个频率的激励中从材料发出的衰减光的探测光，从通过不同的频率的激励得到的所述探测光的强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿命分量进行定量化并进行测定。
12.根据权利要求1至10中的任意一项所述的载流子寿命的测定方法，其特征在于:在以隔开间隔而使激励时间重复的方式对材料提供了激励时，从积蓄衰减光而得到的探测光的强度、与连续检测从材料发出的光而得到的检测光的强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿命分量进行定量化并进行测定。
13.根据权利要求1至10中的任意一项所述的载流子寿命的测定方法，其特征在于:通过不同的波形针对对材料提供的激励进行调制，取得积蓄了在各个调制波形的激励中从材料发出的衰减光的探测光，从通过不同的波形的调制得到的探测光的强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿命分量进行定量化并进行测定。
14.根据权利要求1至10中的任意一项所述的载流子寿命的测定方法，其特征在于:通过相互相异的相位的波形对从材料发出的光进行调制，取得积蓄衰减光而探测的探测光，从通过不同的相位的调制得到的探测光的强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿命分量进行定量化并进行测定。
15.根据权利要求1至10中的任意一项所述的载流子寿命的测定方法，其特征在于:使对材料提供激励的间隔与激励时间的占空比、以及从在激励时间内发出的光分离衰减光时的分离时间与该分离时间的间隔的占空比相异，从在不同的占空比时积蓄衰减光而得到的探测光的强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿命分量进行定量化并进行测定。
16.根据权利要求1至15中的任意一项所述的载流子寿命的测定方法，其特征在于:对材料提供的激励是激励光。
17.根据权利要求1至15中的任意一项所述的载流子寿命的测定方法，其特征在于:对材料提供的激励是激励电力。
18.一种载流子寿命的测定装置，对材料提供激励，探测从材料发出的光，其特征在于包括: 激励装置，对材料提供隔开间隔而使激励时间重复的激励；以及 探测装置，在包括多个激励时间的长度的测定时间内，使从材料在激励时间内发出的光、和接着激励时间的终结发出的衰减光分离，在所述测定时间内，积蓄所分离的多个所述衰减光而探测。
19.根据权利要求18所述的载流子寿命的测定装置，其特征在于:所述激励装置具有激励源、和以隔开间隔使激励 时间重复的方式对从激励源发出的激励进行调制的激励侧的调制装置。
20.根据权利要求18所述的载流子寿命的测定装置，其特征在于:所述激励装置具有以隔开间隔使激励时间重复的方式发出激励的激励源。
21.根据权利要求19或者20所述的载流子寿命的测定装置，其特征在于:所述激励源是发光源。
22.根据权利要求19或者20所述的载流子寿命的测定装置，其特征在于:所述激励源是激励电力的发生源。
23.根据权利要求18至22中的任意一项所述的载流子寿命的测定装置，其特征在于: 所述探测装置具有: 调制装置，将从所述材料发出的光分离为在激励时间内发出的光和衰减光；以及 受光装置，在与测定时间相当的曝光时间内积蓄多个衰减光而探测。
24.根据权利要求18至22中的任意一项所述的载流子寿命的测定装置，其特征在于: 所述探测装置具有: 受光装置，间歇地接收从材料发出的光，从在激励时间内发出的光分离衰减光，并且积蓄多个衰减光而探测。
25.根据权利要求23或者24所述的载流子寿命的测定装置，其特征在于:所述探测装置通过与激励时间的终结同时或者在其以后取得从材料发出的光，从在激励时间内发出的光分离衰减光。
26.根据权利要求24所述的载流子寿命的测定装置，其特征在于:所述探测装置通过从激励时间的途中取得从材料发出的光，使在激励时间内发出的光、和所述光的一部分以及衰减光分离。
27.根据权利要求23至26中的任意一项所述的载流子寿命的测定装置，其特征在于:所述受光装置是排列了多个受光元件的装置，各个受光元件积蓄多个衰减光而探测。
28.根据权利要求27所述的载流子寿命的测定装置，其特征在于:所述受光装置具有二维地排列的多个受光元件，通过各个受光元件取得从材料的一定的面积的区域发出的衰减光，得到所述区域内的位置和载流子寿命所相关的信息。
29.根据权利要求27所述的载流子寿命的测定装置，其特征在于:所述受光装置具有成列地排列的多个受光元件，并具有使所述受光装置和材料向与所述列交叉的朝向相对移动的移送装置，通过多个受光元件同时取得从材料发出的衰减光，并且该取得行线移动，而得到一定的面积的区域内的位置和载流子寿命所相关的信息。
30.根据权利要求18至29中的任意一项所述的载流子寿命的测定装置，其特征在于:在材料与所述探测装置之间设置了波长滤色片。
31.根据权利要求18至29中的任意一项所述的载流子寿命的测定装置，其特征在于:在材料与所述探测装置之间设置了偏振光滤色片。
32.根据权利要求18至31中的任意一项所述的载流子寿命的测定装置，其特征在于: 设置有使对材料提供的激励的频率变化的激励装置， 设置有从在以不同的频率激励时由所述探测装置取得的探测光的强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿 命分量进行定量化并进行测定的判别部。
33.根据权利要求18至31中的任意一项所述的载流子寿命的测定装置，其特征在于: 设置有对于对材料提供的激励，隔开间隔使激励时间重复而提供的激励装置， 设置有从在以隔开间隔而使激励时间重复的方式对材料提供了激励时由所述探测装置取得的探测光的强度、与由所述探测装置连续检测从材料发出的光而得到的检测光的强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿命分量进行定量化并进行测定的判别部。
34.根据权利要求18至31中的任意一项所述的载流子寿命的测定装置，其特征在于: 设置了通过不同的波形针对对材料提供的激励进行调制，积蓄在各个调制波形的激励中从材料发出的衰减光而探测的探测装置， 设置了从通过不同的波形的调制得到的探测强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿命分量进行定量化并进行测定的判别部。
35.根据权利要求18至31中的任意一项所述的载流子寿命的测定装置，其特征在于: 设置有通过相互相异的相位的波形对从材料发出的光进行调制，积蓄衰减光而探测的探测装置， 设置有从通过不同的相位的调制得到的探测强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿命分量进行定量化并进行测定的判别部。
36.根据权利要求18至31中的任意一项所述的载流子寿命的测定装置，其特征在于包括: 激励装置，使对材料提供激励的间隔与激励时间的占空比相异；以及探测装置，使将在激励时间内发出的光和衰减光分离时的分离时间与该分离时间的间隔的占空比相异， 设置有从在不同的占空比时积蓄衰减光而得到的探测光的强度之比，去除发光强度的分量，对载流子的寿命分量进行 定量化并进行测定的判别部。
全文摘要
本发明提供能够测定半导体等材料内的载流子寿命的载流子寿命的测定方法以及测定装置。针对由发光激光器发出的连续光通过激励侧的调制装置进行调制，生成其强度矩形波状地变化的激励光(14)并提供给半导体材料。针对半导体内的载流子被激励而通过再结合发出的冷光(24)，通过受光侧的调制装置进行调制，从在激励时间内发出的光，分离在激励时间之后发生的衰减光(26)。该衰减光(26)包含材料内的载流子寿命的信息。衰减光(26)是在极其短的时间内得到的微细的光，所以在CCD元件的曝光时间内，积蓄多个衰减光(26)而探测。能够通过该探测光的强度得知载流子寿命。
文档编号H01L21/66GK103080730SQ201180041790
公开日2013年5月1日 申请日期2011年2月15日 优先权日2011年2月15日
发明者Y·拉克鲁瓦 申请人:瓦伊系统有限公司