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JP5041473B2 - Fluorescence test chart - Google Patents
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JP5041473B2 - Fluorescence test chart - Google Patents

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Description

本発明は、蛍光テストチャートに関する。   The present invention relates to a fluorescence test chart.

一般に、顕微鏡などの精密光学機器では、微細パターンのテストチャートを観察試料とすることで、観察画像の定量評価が行われる。この定量評価の結果は、光学機器の調整/保守や、観察画像の画像解析処理などに応用される。
蛍光顕微鏡用のテストチャートには、非特許文献1に開示されるような特殊な蛍光テストチャートが必要となる。
"Nanometer scale marker for fluorescent microscopy" TakashiHiraga et.al,REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS 76,073701(2005)
In general, in a precision optical instrument such as a microscope, an observation image is quantitatively evaluated by using a test chart having a fine pattern as an observation sample. The result of this quantitative evaluation is applied to adjustment / maintenance of optical equipment, image analysis processing of observation images, and the like.
A test chart for a fluorescence microscope requires a special fluorescence test chart as disclosed in Non-Patent Document 1.
"Nanometer scale marker for fluorescent microscopy" TakashiHiraga et.al, REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS 76,073701 (2005)

非特許文献1の蛍光テストチャートは、基板の上に、蛍光試薬を混入したレジストパターンを形成する。この基板とレジストパターンとの接着力は弱い。そのため、外力に弱く、こすっただけでレジストパターンが剥がれるなど、取扱いが難しくなる。
本発明は、上述した問題点に鑑みて、蛍光顕微鏡などの用途に適した蛍光テストチャートを提供することを目的とする。
In the fluorescence test chart of Non-Patent Document 1, a resist pattern mixed with a fluorescence reagent is formed on a substrate. The adhesive force between the substrate and the resist pattern is weak. Therefore, it is weak to external force, and handling becomes difficult, for example, the resist pattern is peeled off only by rubbing.
In view of the problems described above, an object of the present invention is to provide a fluorescence test chart suitable for applications such as a fluorescence microscope.

本発明の蛍光テストチャートは、基板に薄膜パターンを形成したものである。この薄膜パターンは、フォトルミネッセンス作用によって蛍光を発する化合物半導体からなる蛍光発光部と、蛍光を発しない非蛍光発光部とを隣接して配置することにより、蛍光パターン像を発生する。   The fluorescent test chart of the present invention is a substrate in which a thin film pattern is formed. This thin film pattern generates a fluorescence pattern image by arranging a fluorescent light emitting portion made of a compound semiconductor that emits fluorescence by a photoluminescence action and a non-fluorescent light emitting portion that does not emit fluorescence adjacent to each other.

本発明は、従来のレジストパターンを用いたものよりも剥がれにくい蛍光テストパターンを得ることができる。   The present invention can provide a fluorescent test pattern that is less likely to peel off than a conventional resist pattern.

図1[A]は、本実施形態における蛍光テストチャート11の上面図である。図1[B]は、蛍光テストチャート11のX−X′ラインの断面構造を示す図である。
この蛍光テストチャート11は、基板12を土台とする。この基板12の材質としては、例えば、サファイア(c面,r面,またはa面)、スピネル(MgAl24)、酸化マグネシウム(MgO)のような絶縁性の基板、さらにSiC(6H、4H、3C型など)、シリコンSi、ZnO、GaAs、AlN、GaN等の半導体基板が好ましい。なお、この基板12としては、蛍光テストチャート11の背景コントラストを高めるため、蛍光や、例えば赤外光などの励起光をよく透過する材質が好ましい。
FIG. 1A is a top view of the fluorescence test chart 11 in the present embodiment. FIG. 1B is a diagram showing a cross-sectional structure of the fluorescent test chart 11 along the line XX ′.
This fluorescence test chart 11 is based on a substrate 12. Examples of the material of the substrate 12 include an insulating substrate such as sapphire (c-plane, r-plane, or a-plane), spinel (MgAl 2 O 4 ), magnesium oxide (MgO), and SiC (6H, 4H). 3C type), a semiconductor substrate such as silicon Si, ZnO, GaAs, AlN, GaN or the like is preferable. In addition, as this board | substrate 12, in order to raise the background contrast of the fluorescence test chart 11, the material which permeate | transmits fluorescence and excitation light, such as infrared light well, is preferable.

このような基板12の片面には、例えば10nm〜200nm程度の厚さに蛍光発光層15が設けられる。この蛍光発光層15を良好に成長させるため、基板12と蛍光発光層15との間に、バッファ層13を設けてもよい。
一方、蛍光発光層15は、フォトルミネッセンス作用によって蛍光を発する化合物半導体を材料とする。このような化合物半導体としては、例えば、InGaN化合物、またはAlGaInP化合物などが好ましい。
On one side of the substrate 12, the fluorescent light emitting layer 15 is provided with a thickness of about 10 nm to 200 nm, for example. In order to grow the fluorescent light emitting layer 15 satisfactorily, a buffer layer 13 may be provided between the substrate 12 and the fluorescent light emitting layer 15.
On the other hand, the fluorescent light emitting layer 15 is made of a compound semiconductor that emits fluorescence by a photoluminescence action. As such a compound semiconductor, for example, an InGaN compound or an AlGaInP compound is preferable.

この蛍光発光層15は、量子井戸構造の形態をとる。すなわち、薄膜の井戸層16と、この井戸層16よりもバンドギャップの大きな障壁層17とを交互に重ねて構成される。この障壁層17には、発光強度を増加させる目的で、1×1019cm-3のオーダーでSiドーピングを行うことが好ましい。
なお、図1[B]では、蛍光発光層15を、複数の井戸層16を有する多重量子井戸構造(MQW)とする場合について図示している。しかしながら、これに限定されず、井戸層16を一層のみ有する単一量子井戸構造(SQW)としてもよい。
This fluorescent light emitting layer 15 takes the form of a quantum well structure. That is, the thin film well layers 16 and the barrier layers 17 having a larger band gap than the well layers 16 are alternately stacked. The barrier layer 17 is preferably Si-doped in the order of 1 × 10 19 cm −3 for the purpose of increasing the emission intensity.
Note that FIG. 1B illustrates a case where the fluorescent light emitting layer 15 has a multiple quantum well structure (MQW) having a plurality of well layers 16. However, the present invention is not limited to this, and a single quantum well structure (SQW) having only one well layer 16 may be used.

このような井戸層16/障壁層17の材料としては、InAGaBN/InCGaDN(ただし、0≦A,B,C,D≦1、A+B=1、C+D=1)が好ましい。この場合、井戸層16の組成比A:B(好ましくは、A:B=0.25:0.75)と、障壁層17の組成比C:D(好ましくは、C:D=0:1)を異ならせることによって、単結晶の条件を満たしつつ、量子井戸構造に必要なバンドギャプ差を生じさせることができる。 As a material for the well layer 16 / barrier layer 17, In A Ga B N / In C Ga D N ( However, 0 ≦ A, B, C , D ≦ 1, A + B = 1, C + D = 1) is preferable. In this case, the composition ratio A: B of the well layer 16 (preferably A: B = 0.25: 0.75) and the composition ratio C: D of the barrier layer 17 (preferably C: D = 0: 1). ) Are made different, the band gap difference necessary for the quantum well structure can be generated while satisfying the single crystal condition.

また例えば、このような井戸層16/障壁層17としては、(AlEGa(1-E)FIn(1-F)P/(AlGGa(1-G)HIn(1-H)P(ただし、0≦E,F,G,H≦1、F≒H)が好ましい。この場合、井戸層16の組成比を決定する係数E,Fと、障壁層17の組成比を決定する係数G,Hを異ならせることによって、単結晶の条件を満たしつつ、量子井戸構造に必要なバンドギャプ差を生じさせることができる。
以上のような蛍光発光層15には、パターン加工が施され、50nm〜3000nm間隔のストライプ模様などが形成される。
一方、蛍光発光層15の表面には、必要に応じて、GaN化合物,AlGaN化合物などからなる保護層18が設けられる。
Further, for example, as such a well layer 16 / barrier layer 17, (Al E Ga (1- E)) F In (1-F) P / (Al G Ga (1-G)) H In (1- H) P (where 0 ≦ E, F, G, H ≦ 1, F≈H) is preferable. In this case, the coefficients E and F that determine the composition ratio of the well layer 16 and the coefficients G and H that determine the composition ratio of the barrier layer 17 are different from each other, thereby satisfying the single crystal condition and necessary for the quantum well structure. A significant band gap difference can be generated.
The fluorescent light emitting layer 15 as described above is subjected to pattern processing to form a stripe pattern with an interval of 50 nm to 3000 nm.
On the other hand, a protective layer 18 made of a GaN compound, an AlGaN compound or the like is provided on the surface of the fluorescent light emitting layer 15 as necessary.

《実施形態の効果など》
本実施形態では、フォトルミネッセンス作用で蛍光を発する化合物半導体それ自体を蛍光体として使用する。そのため、従来のように蛍光試薬を基材に混入する場合に比べて、蛍光発光層15(井戸層16)の厚みを薄くことができる。その結果、蛍光テストチャート11の蛍光発光層15を、評価対象の光学機器(蛍光顕微鏡など)の被写界深度よりも薄くすることができる。
<< Effects of the embodiment >>
In the present embodiment, a compound semiconductor that emits fluorescence by a photoluminescence action itself is used as a phosphor. Therefore, the thickness of the fluorescent light emitting layer 15 (well layer 16) can be made thinner than in the case where the fluorescent reagent is mixed into the base material as in the prior art. As a result, the fluorescence emission layer 15 of the fluorescence test chart 11 can be made thinner than the depth of field of the optical device (e.g., fluorescence microscope) to be evaluated.

さらに、本実施形態では、化合物半導体を基板上に結晶成長させるため、機械強度の高い蛍光体が得られる。その結果、従来よりも取扱いの容易な蛍光テストチャート11が実現する。
また、本実施形態の化合物半導体は無機系材料であるため、有機系の蛍光試薬を使用した従来品に比べて耐光性、耐熱性も格段に高い。そのため、従来よりも退色しにくく、かつ長期間にわたって色純度の高い蛍光を発する蛍光テストチャート11が実現する。
Furthermore, in this embodiment, since the compound semiconductor is crystal-grown on the substrate, a phosphor with high mechanical strength can be obtained. As a result, the fluorescence test chart 11 that is easier to handle than the conventional one is realized.
Moreover, since the compound semiconductor of this embodiment is an inorganic material, its light resistance and heat resistance are significantly higher than conventional products using organic fluorescent reagents. Therefore, the fluorescence test chart 11 that emits fluorescence that is less likely to fade than conventional and has high color purity over a long period of time is realized.

さらに、本実施形態では、蛍光発光層15を量子井戸構造にする。この構造では、井戸層16の狭い幅内にキャリアが閉じ込められる。そのため、励起光によって生じた電子−ホール対の再結合効率が高く、蛍光の発光強度が向上する。
なお、本実施形態では、蛍光発光層15を多重量子井戸構造(MQW)とする。この場合、複数の井戸層16から蛍光が同時に発生するため、蛍光の発光強度が更に向上する。
Furthermore, in the present embodiment, the fluorescent light emitting layer 15 has a quantum well structure. In this structure, carriers are confined within the narrow width of the well layer 16. Therefore, the recombination efficiency of electron-hole pairs generated by the excitation light is high, and the fluorescence emission intensity is improved.
In the present embodiment, the fluorescent light emitting layer 15 has a multiple quantum well structure (MQW). In this case, since fluorescence is simultaneously generated from the plurality of well layers 16, the emission intensity of the fluorescence is further improved.

また、本実施形態では、蛍光発光層15としてInGaN化合物半導体を使用する。このInGaN化合物半導体の性質によって、耐久性、抗退色性、蛍光の色純度性などに優れた蛍光テストチャート11が実現する。
さらに、本実施形態では、井戸層16/障壁層17として、AlGaInP化合物半導体を使用する。このAlGaInP化合物半導体の性質によって、耐久性、抗退色性、蛍光の色純度性などに優れた蛍光テストチャート11が実現する。
In this embodiment, an InGaN compound semiconductor is used as the fluorescent light emitting layer 15. Due to the properties of the InGaN compound semiconductor, a fluorescence test chart 11 having excellent durability, anti-fading property, color purity of fluorescence, and the like is realized.
Furthermore, in this embodiment, an AlGaInP compound semiconductor is used as the well layer 16 / barrier layer 17. Due to the properties of the AlGaInP compound semiconductor, a fluorescence test chart 11 having excellent durability, anti-fading property, fluorescence color purity, and the like is realized.

また、本実施形態では、障壁層17に対して1×1019cm-3のオーダーでSiドーピングを行う。後述する実施例3によれば、この比較的高濃度なドーピングによって、蛍光の発光強度を数倍まで高めることが可能になる。
さらに、本実施形態では、基板12として、サファイア、スピネル、酸化マグネシウム、SiC、Si、ZnO、GaAs、AlN、またはGaNなどを使用する。これらの基板は、良質な化合物半導体を結晶成長させる上で特に好ましい。
In this embodiment, Si doping is performed on the barrier layer 17 in the order of 1 × 10 19 cm −3 . According to Example 3 to be described later, the emission intensity of the fluorescence can be increased several times by this relatively high concentration doping.
Furthermore, in this embodiment, sapphire, spinel, magnesium oxide, SiC, Si, ZnO, GaAs, AlN, GaN, or the like is used as the substrate 12. These substrates are particularly preferable for crystal growth of a high-quality compound semiconductor.

なお、蛍光発光層15を別基板上に成長させた後、この蛍光発光層15をガラス基板に貼り付け、別基板を剥離してもよい。このような工程により、ガラス基板を土台とする蛍光テストチャート11が実現する。
また、本実施形態では、蛍光発光層15にエッチングなどのパターン加工を施す。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、蛍光発光層15の表面に、金属膜などで遮光パターンを形成することによって、蛍光パターン像を発生させてもよい。
Note that after the fluorescent light emitting layer 15 is grown on another substrate, the fluorescent light emitting layer 15 may be attached to a glass substrate and the separate substrate may be peeled off. By such a process, the fluorescence test chart 11 based on the glass substrate is realized.
In the present embodiment, the fluorescent light emitting layer 15 is subjected to pattern processing such as etching. However, the present invention is not limited to this. For example, a fluorescent pattern image may be generated by forming a light shielding pattern on the surface of the fluorescent light emitting layer 15 with a metal film or the like.

続いて、蛍光テストチャート11の具体的な製造方法について一例を説明する。
(1)サーマルアニール
まず、サファイア(c面)からなる基板12を、結晶成長炉にセットする。この結晶成長炉内を水素雰囲気に十分に置換した後、基板12の表面に水素を主成分とするガスを流しながら、基板12を(1150゜C,10分間)に保持する。この処理により、基板12に対して、サーマルクリーニングが施される。
Next, an example of a specific method for manufacturing the fluorescence test chart 11 will be described.
(1) Thermal annealing First, the substrate 12 made of sapphire (c-plane) is set in a crystal growth furnace. After sufficiently replacing the inside of the crystal growth furnace with a hydrogen atmosphere, the substrate 12 is held (1150 ° C., 10 minutes) while flowing a gas mainly containing hydrogen on the surface of the substrate 12. Through this process, the substrate 12 is subjected to thermal cleaning.

(2)低温バッファ層(バッファ層13の最下層)の形成
続いて、基板12を470゜C程度まで降温し、水素と窒素の混合ガスをキャリアガスとし、アンモニア(5slm)とTMG(トリメチルガリウム20μmol/min)を 原料ガスとして、基板12の表面に流し、GaN化合物からなる低温バッファ層を25nmの膜厚に成長させる。この低温バッファ層は、一般式InXAlYGa(1-X-Y)N(ただし、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で記述される窒化物であればよい。
なお、この低温バッファ層を、AlYGa(1-Y)N(ただし、0≦Y≦1)、またはInXGa(1-X)N(ただし、0≦X≦0.1)とすることが好ましい。特に、この低温バッファ層を、AlN,GaNの二元窒化物半導体とするが更に好ましい。これらの低温バッファ層の材料選択によって、高品質の第1の窒化物半導体層を形成することが可能になる。
(2) Formation of low-temperature buffer layer (lowermost layer of buffer layer 13) Subsequently, the substrate 12 is cooled to about 470 ° C., and a mixed gas of hydrogen and nitrogen is used as a carrier gas, and ammonia (5 slm) and TMG (trimethylgallium) are formed. 20 μmol / min) as a source gas is flowed over the surface of the substrate 12, and a low-temperature buffer layer made of a GaN compound is grown to a film thickness of 25 nm. The low-temperature buffer layer may be a nitride described by the general formula In X Al Y Ga (1-XY) N (where 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1).
This low-temperature buffer layer is made of Al Y Ga (1-Y) N (where 0 ≦ Y ≦ 1) or In X Ga (1-X) N (where 0 ≦ X ≦ 0.1). It is preferable. In particular, the low-temperature buffer layer is more preferably a binary nitride semiconductor of AlN and GaN. By selecting the material for these low-temperature buffer layers, it is possible to form a high-quality first nitride semiconductor layer.

(3)第1の窒化物半導体層(バッファ層13の中間層)の形成
低温バッファ層の成長後、キャリアガスとアンモニアだけを基板12に流しながら(TMGを止めて)、1100゜Cまで昇温する。この1100゜Cの状態で、アンモニア(7slm)とTMG(90μmol/min)を原料ガスに用いて、故意にドーピングを行わず、GaNを主成分とする第1の窒化物半導体層を好ましくは0.1μm〜10μm(さらに好ましくは2μm)成長させる。第1の窒化物半導体層は、一般式InXAlYGa(1-X-Y)N(ただし、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で記述される窒化物半導体であればよい。
なお、第1の窒化物半導体層としては、AlYGa(1-Y)N(ただしY≦0.5)、またはInXGa(1-X)N(ただしX≦0.1)が好ましい。特に、第1の窒化物半導体層としては、GaNが更に好ましい。これら第1の窒化物半導体層の材料選択によって、一段と高品質の第2の窒化物半導体層を形成することが可能になる。なお、ここでは、故意にドーピングしない層(いわゆるアンドープ層)としたが、結晶品質の低下を伴わない限り、Si、Geなどのドナー型の不純物を添加してもよい。
(3) Formation of the first nitride semiconductor layer (intermediate layer of the buffer layer 13) After the growth of the low temperature buffer layer, the temperature is raised to 1100 ° C. while only the carrier gas and ammonia are passed through the substrate 12 (stopping TMG). Warm up. In this 1100 ° C. state, ammonia (7 slm) and TMG (90 μmol / min) are used as source gases, and the first nitride semiconductor layer mainly composed of GaN is preferably formed without intentional doping. Growing 1 μm to 10 μm (more preferably 2 μm). The first nitride semiconductor layer may be a nitride semiconductor described by the general formula In X Al Y Ga (1-XY) N (where 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1).
The first nitride semiconductor layer is preferably Al Y Ga (1-Y) N (where Y ≦ 0.5) or In X Ga (1-X) N (where X ≦ 0.1). . In particular, GaN is more preferable as the first nitride semiconductor layer. By selecting the material of the first nitride semiconductor layer, it is possible to form a second nitride semiconductor layer with higher quality. Although a layer not intentionally doped (so-called undoped layer) is used here, donor-type impurities such as Si and Ge may be added as long as the crystal quality is not deteriorated.

(4)第2の窒化物半導体層(バッファ層13の表面層)の形成
続いて、1050°Cで、TMG、およびアンモニアガス、そしてシランガスを用いてSiを1×1018cm-3ドーピングしたn型GaNを2μm成長させる。
(4) Formation of Second Nitride Semiconductor Layer (Surface Layer of Buffer Layer 13) Subsequently, 1 × 10 18 cm −3 was doped with Si at 1050 ° C. using TMG, ammonia gas, and silane gas. N-type GaN is grown by 2 μm.

(5)障壁層17の形成
次に、温度を800°Cに下げ、キャリアガスを窒素に切り替え、TMG、TMI(取りメチルインジウム)、アンモニアを用いて、Siを1×1018cm-3ドーピングしたn型の障壁層17(例えばIn0.03Ga0.97N)を厚さ10nmで形成する。
(5) Formation of barrier layer 17 Next, the temperature is lowered to 800 ° C., the carrier gas is switched to nitrogen, and TMG, TMI (removed methylindium), and ammonia are used to dope 1 × 10 18 cm −3. The n-type barrier layer 17 (for example, In 0.03 Ga 0.97 N) having a thickness of 10 nm is formed.

(6)井戸層16の形成
続いて、温度800°Cで、キャリアガスを窒素とし、TMG、TMI(トリメチルインジウム)、アンモニアを用いて、アンドープの井戸層16(例えばIn0.23Ga0.77N)を例えば3nmの厚さで形成する。
なお、量子井戸によるキャリア閉じ込め効果を一段と高めるため、井戸層16の厚みは、例えば1nm〜10nm(好ましくは2nm〜4nm)に設定することが好ましい。
また、井戸層16をアンドープに設定しているが、井戸層16にドーピングを行ってもよい。例えば、0.5×1018〜5×1018cm-3のドーピングにより、好適な蛍光特性が得られる。
(6) Formation of well layer 16 Subsequently, at a temperature of 800 ° C., the carrier gas is nitrogen, and TMG, TMI (trimethylindium), and ammonia are used to form the undoped well layer 16 (for example, In 0.23 Ga 0.77 N). For example, it is formed with a thickness of 3 nm.
In order to further enhance the carrier confinement effect by the quantum well, the thickness of the well layer 16 is preferably set to, for example, 1 nm to 10 nm (preferably 2 nm to 4 nm).
Further, although the well layer 16 is set to be undoped, the well layer 16 may be doped. For example, suitable fluorescence characteristics can be obtained by doping of 0.5 × 10 18 to 5 × 10 18 cm −3 .

(7)障壁層17および井戸層16の交互積層
上述した障壁層17および井戸層16を交互に積層する。なお、最上層の障壁層17については、厚さ11nm〜50nmと厚めに形成することが好ましい。井戸層16の層数を多くすることによって、蛍光の発光強度が向上する。一方、評価対象の光学機器(蛍光顕微鏡など)の焦点深度に結像が収まる程度に、井戸層16の層数を抑えることが好ましい。通常の層数としては、2〜20層程度が好ましい。
(7) Alternating lamination of barrier layers 17 and well layers 16 The barrier layers 17 and well layers 16 described above are alternately laminated. The uppermost barrier layer 17 is preferably formed to a thickness as thick as 11 nm to 50 nm. Increasing the number of well layers 16 improves the fluorescence emission intensity. On the other hand, it is preferable to suppress the number of the well layers 16 to such an extent that an image is within the depth of focus of the optical device to be evaluated (fluorescence microscope or the like). The normal number of layers is preferably about 2 to 20 layers.

(8)保護層18の形成
次に、温度を再び1050゜Cに上げ、TMG、TMA(トリメチルアミン)、アンモニアを用いて、アンドープのAl0.1Ga0.9Nを20nm成長させる。LEDなどの発光素子であれば、この保護層18にはMgをドーピングしてP型層とする必要があるが、蛍光テストチャート11ではMgドーピングは不要である。この保護層18により、励起光により蛍光発光層15内で発生したキャリア(電子、ホール)の表面再結合を抑制し、電子−ホール対の再結合確率を向上させることができる。
なお、この保護層18にはSiドーピングを行ってもよい。厚みの制限は特に無いが、通常は5nm〜100nmが好ましい。また、Al組成比率にも特に制限は無いが、0.3を超えるとクラックが発生しやすくなる。したがって、0.05≦Al組成比率≦0.3が好ましい。
さらに、この保護層18を、複数種類のAlYGa(1-Y)Nの結晶格子を重ね合わせた超格子構造としてもよい。
(8) Formation of protective layer 18 Next, the temperature is raised again to 1050 ° C., and undoped Al 0.1 Ga 0.9 N is grown to 20 nm using TMG, TMA (trimethylamine), and ammonia. In the case of a light emitting device such as an LED, the protective layer 18 needs to be doped with Mg to form a P-type layer, but the fluorescent test chart 11 does not require Mg doping. The protective layer 18 can suppress surface recombination of carriers (electrons, holes) generated in the fluorescent light emitting layer 15 by excitation light, and can improve the recombination probability of electron-hole pairs.
The protective layer 18 may be Si-doped. Although there is no restriction | limiting in particular in thickness, Usually, 5-100 nm is preferable. Moreover, although there is no restriction | limiting in particular also in Al composition ratio, when it exceeds 0.3, it will become easy to generate | occur | produce a crack. Therefore, 0.05 ≦ Al composition ratio ≦ 0.3 is preferable.
Furthermore, the protective layer 18 may have a superlattice structure in which a plurality of types of Al Y Ga (1-Y) N crystal lattices are superimposed.

(9)蛍光発光層15のパターン加工
上述した工程(1)〜(8)の終了後、最上層の保護層18の表面に、予め定められたテストチャートのマスクパターンを形成する。このマスクパターンを介して、RIE(反応性イオンエッチング)を実施し、上述した第2の窒化物半導体層の深さまで掘り下げる。この処理により、エッチング領域(図1に示す非発光部)については、蛍光発光層15を完全に除去する。
エッチングガスについては、特に制限はないが、塩素と水素の混合ガスおよびアルゴンが適当である。なお、エッチング深さが通常の発光素子の製造時に比べて浅いため、エッチングレートの比較的遅い条件が好ましい。
(9) Pattern Processing of Fluorescent Light-Emitting Layer 15 After the above-described steps (1) to (8) are completed, a predetermined test chart mask pattern is formed on the surface of the uppermost protective layer 18. Through this mask pattern, RIE (reactive ion etching) is performed to dig up to the depth of the second nitride semiconductor layer described above. By this treatment, the fluorescent light emitting layer 15 is completely removed from the etching region (non-light emitting portion shown in FIG. 1).
The etching gas is not particularly limited, but a mixed gas of chlorine and hydrogen and argon are suitable. In addition, since the etching depth is shallower than that at the time of manufacturing a normal light emitting element, a condition with a relatively slow etching rate is preferable.

(10)後処理
エッチング後には、有機溶媒などで洗浄することで、蛍光テストチャート11が完成する。なお、表面を更に保護するため、SiO2膜などを真空蒸着、あるいはプラズマCVDなどの方法で付けてもよい。また、Alなどの反射率の高い金属膜を、蛍光テストチャート11の表裏の一方に蒸着してもよい。この場合、Al蒸着面の反対面側から励起光照射および蛍光観察を行う蛍光テストチャート11が得られる。
(10) Post-processing After the etching, the fluorescence test chart 11 is completed by washing with an organic solvent or the like. In order to further protect the surface, a SiO 2 film or the like may be attached by a method such as vacuum deposition or plasma CVD. Further, a metal film having high reflectance such as Al may be deposited on one of the front and back sides of the fluorescence test chart 11. In this case, a fluorescence test chart 11 for performing excitation light irradiation and fluorescence observation from the opposite side of the Al vapor deposition surface is obtained.

(11)完成品の蛍光特性
図2は、完成した蛍光テストチャート11の蛍光特性を示す図である。
この蛍光テストチャート11は、中心波長405nmの励起光照射に対して、530nm程度の緑色の蛍光を発生する。この蛍光は、従来の蛍光試薬を混入したテストチャートに比べて色純度は良好であり、かつ発光強度も強く、コントラストの良好な蛍光パターン像を得ることができる。
(11) Fluorescence Characteristics of Completed Product FIG. 2 is a diagram showing the fluorescence characteristics of the completed fluorescence test chart 11.
The fluorescence test chart 11 generates green fluorescence of about 530 nm with respect to excitation light irradiation with a center wavelength of 405 nm. The fluorescence has a color purity better than that of a conventional test chart in which a fluorescent reagent is mixed, and the emission intensity is strong, so that a fluorescence pattern image with good contrast can be obtained.

障壁層17の厚みを5nmとし、井戸層16の厚みを2nmとし、井戸層16の層数を3とした。さらに、障壁層17および井戸層16のいずれにも1×1018cm-3のSiドーピングを行った。その他の製造工程は、実施例1と同一とする。
このように完成した蛍光テストチャート11は、蛍光発光の強度が実施例1より低下するが、蛍光顕微鏡の焦点深度の評価計測用として好ましい蛍光パターン像を得る。
The thickness of the barrier layer 17 was 5 nm, the thickness of the well layer 16 was 2 nm, and the number of the well layers 16 was three. Furthermore, Si doping of 1 × 10 18 cm −3 was performed on both the barrier layer 17 and the well layer 16. Other manufacturing steps are the same as those in the first embodiment.
Although the fluorescence test chart 11 completed in this way has a fluorescence emission intensity lower than that of Example 1, a fluorescence pattern image preferable for evaluation and measurement of the depth of focus of the fluorescence microscope is obtained.

障壁層17へのSiドーピング量を1×1019cm-3に増やした。その他の製造工程は、実施例1と同一とする。
このように完成した蛍光テストチャート11は、蛍光発光の発光強度が実施例1の発光強度の約5倍に増加した。LEDなどの発光素子では、Siドーピング量を増やすと、発光強度が減少する傾向を示す。しかしながら、フォトルミネッセンスによる蛍光発光では、1×1019cm-3のオーダーで障壁層17にSiドーピングを行うことによって、格段に明るい蛍光パターン像が得られる。
The Si doping amount in the barrier layer 17 was increased to 1 × 10 19 cm −3 . Other manufacturing steps are the same as those in the first embodiment.
In the fluorescence test chart 11 thus completed, the emission intensity of the fluorescence emission increased to about 5 times the emission intensity of Example 1. In a light emitting device such as an LED, when the Si doping amount is increased, the light emission intensity tends to decrease. However, in fluorescence emission by photoluminescence, an extremely bright fluorescence pattern image can be obtained by applying Si doping to the barrier layer 17 in the order of 1 × 10 19 cm −3 .

サファイア基板に代えてSiC基板を使用する。バッファ層13として、1050゜CでAlNを30nm成長させる。その他の工程については実施例1と同一とする。   A SiC substrate is used instead of the sapphire substrate. As the buffer layer 13, AlN is grown to 30 nm at 1050 ° C. Other steps are the same as those in the first embodiment.

以上説明したように、本発明は、蛍光テストチャートなどに利用可能な技術である。   As described above, the present invention is a technique that can be used for a fluorescence test chart or the like.

蛍光テストチャート11の構造を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a structure of a fluorescence test chart 11. 蛍光テストチャート11の蛍光特性を示す図である。It is a figure which shows the fluorescence characteristic of the fluorescence test chart.

符号の説明Explanation of symbols

11…蛍光テストチャート,12…基板,13…バッファ層,15…蛍光発光層,16…井戸層,17…障壁層,18…保護層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Fluorescence test chart, 12 ... Board | substrate, 13 ... Buffer layer, 15 ... Fluorescence emission layer, 16 ... Well layer, 17 ... Barrier layer, 18 ... Protective layer

Claims (4)

基板と、
前記基板に形成され、フォトルミネッセンス作用によって蛍光を発する化合物半導体からなる蛍光発光部と、蛍光を発しない非蛍光発光部とを隣接に配置して、蛍光パターン像を発生する薄膜パターンと、を備え、
前記薄膜パターンは、前記化合物半導体を前記基板上に結晶成長させることで形成された薄膜を反応性イオンエッチングにより一部をエッチングし、エッチング領域が前記非蛍光発光部となり、非エッチング領域が前記蛍光発光部となるものであって、
前記蛍光発光部は、厚さが10nm〜200nmであり、前記化合物半導体の井戸層と、前記井戸層よりもバンドギャップの大きな障壁層とを前記基板の厚み方向に積層し、前記井戸層を前記障壁層で挟んだ単一量子井戸構造(SQW)または多重量子井戸構造(MQW)を構成し、
前記障壁層は、Si元素を1×10 19 cm -3 のオーダーで含む
ことを特徴とする蛍光テストチャート。
A substrate,
A thin-film pattern that is formed on the substrate and is made of a compound semiconductor that emits fluorescence by a photoluminescence action, and a non-fluorescent light-emitting portion that does not emit fluorescence is arranged adjacently to generate a fluorescence pattern image. ,
In the thin film pattern, a thin film formed by crystal growth of the compound semiconductor on the substrate is partially etched by reactive ion etching, an etching region becomes the non-fluorescent light emitting portion, and a non-etching region becomes the fluorescent light. A light emitting part,
The fluorescent light emitting part has a thickness of 10 nm to 200 nm, and is formed by laminating a well layer of the compound semiconductor and a barrier layer having a larger band gap than the well layer in the thickness direction of the substrate, Construct a single quantum well structure (SQW) or multiple quantum well structure (MQW) sandwiched between barrier layers ,
The fluorescent test chart , wherein the barrier layer contains Si element in the order of 1 × 10 19 cm −3 .
請求項1に記載の蛍光テストチャートにおいて、
前記井戸層/前記障壁層は、InAGaBN/InCGaDN(ただし、0≦A,B,C,D≦1、A+B=1、C+D=1)である
ことを特徴とする蛍光テストチャート。
In the fluorescence test chart according to claim 1,
The well layer / the barrier layer, In A Ga B N / In C Ga D N ( However, 0 ≦ A, B, C , D ≦ 1, A + B = 1, C + D = 1) , characterized in that it is Fluorescence test chart.
請求項1に記載の蛍光テストチャートにおいて、
前記井戸層/前記障壁層は、(AlEGa(1-E)FIn(1-F)P/(AlGGa(1-G)HIn(1-H)P(ただし、0≦E,F,G,H≦1、F≒H)である
ことを特徴とする蛍光テストチャート。
In the fluorescence test chart according to claim 1,
The well layer / barrier layer is made of (Al E Ga (1-E) ) F In (1-F) P / (Al G Ga (1-G) ) H In (1-H) P (where 0 ≦ E, F, G, H ≦ 1, F≈H).
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の蛍光テストチャートにおいて、
前記基板は、サファイア(c面,r面,またはa面)、スピネル(MgAl 2 4 )、酸化マグネシウム(MgO)、SiC(6H、4H、3C型)、Si、ZnO、GaAs、AlN、GaNからなる群のいずれか一つである
ことを特徴とする蛍光テストチャート。
In the fluorescence test chart according to any one of claims 1 to 3,
The substrate is made of sapphire (c-plane, r-plane or a-plane), spinel (MgAl 2 O 4 ), magnesium oxide (MgO), SiC (6H, 4H, 3C type), Si, ZnO, GaAs, AlN, GaN A fluorescence test chart, which is one of the group consisting of:
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