JPS6034026A - 不純物準位測定方法 - Google Patents
不純物準位測定方法Info
- Publication number
- JPS6034026A JPS6034026A JP58142447A JP14244783A JPS6034026A JP S6034026 A JPS6034026 A JP S6034026A JP 58142447 A JP58142447 A JP 58142447A JP 14244783 A JP14244783 A JP 14244783A JP S6034026 A JPS6034026 A JP S6034026A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- temperature
- activation energy
- impurity level
- afterglow
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
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-
- H10P74/00—
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- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
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。
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、蛍光体などの発光材料中に存在する不純物や
欠陥による電子あるいは正孔の捕捉準位（以下、不純物
準位と呼ぶ）の深さくすなわち、活性化エネルギー）を
測定する方法に関し、特に発光材料の特性を支配してい
る不純物準位を迅速に検出しようとするものである。
欠陥による電子あるいは正孔の捕捉準位（以下、不純物
準位と呼ぶ）の深さくすなわち、活性化エネルギー）を
測定する方法に関し、特に発光材料の特性を支配してい
る不純物準位を迅速に検出しようとするものである。
従来、発光材料中の不純物準位を測定する方法として、
熱グロー法が知られている。しかし、この熱グロー法で
は、昇温速度を厳密に制御することが必要であり、これ
が困難なため測定結果から定量的なデータを得ることは
難しい。
熱グロー法が知られている。しかし、この熱グロー法で
は、昇温速度を厳密に制御することが必要であり、これ
が困難なため測定結果から定量的なデータを得ることは
難しい。
また、半導体材料に対しては、ＤＬＴＳ法や光容量法な
どが従来から知られている。しかしこれら方法では、測
定の際に接合界面や電極を必要とするので、接合界面を
構成することができない試料、たとえば、蛍光体のよう
な粉体状の試料や電極形成技術が未だ開発されていない
新しい半導体材料に対しては適用できないという欠点が
ある。
どが従来から知られている。しかしこれら方法では、測
定の際に接合界面や電極を必要とするので、接合界面を
構成することができない試料、たとえば、蛍光体のよう
な粉体状の試料や電極形成技術が未だ開発されていない
新しい半導体材料に対しては適用できないという欠点が
ある。
そこで、本発明の目的は、かかる欠点を排除して、発光
材料中における不純物準位の深さを迅速かつ確実に４１
１１定するカ法を提供することにある。
材料中における不純物準位の深さを迅速かつ確実に４１
１１定するカ法を提供することにある。
かかる目的を達成するために、本発明では被測定試料を
刺激源により刺激し、その刺激を停＋Ｉ＝−Ｌり後、少
なくとも２つ以」二のサンプリンク時間ｔ、において残
光率の温度依存性をめ、その温度依存性から上述の残光
率か極大を示す温度Ｔ。
刺激源により刺激し、その刺激を停＋Ｉ＝−Ｌり後、少
なくとも２つ以」二のサンプリンク時間ｔ、において残
光率の温度依存性をめ、その温度依存性から上述の残光
率か極大を示す温度Ｔ。
を得るとともに、
（ここで、ｋはボルツマン定数、Ｃは物質に依存するパ
ラメータ、Ｅａは活性化工ネルキー。
ラメータ、Ｅａは活性化工ネルキー。
ｅ＝２．７１８ ）により活性化エネルギーをめる。
以下に図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。
る。
一殻に、発光中心が紫外光などによって刺激されると自
由電子と正孔が生じ、これが再結合するときに蛍光を発
するか、一部の自由電子（または正孔）は伝導帯（また
は価゛電子帯）中を移動して不純物準位に捕捉される。
由電子と正孔が生じ、これが再結合するときに蛍光を発
するか、一部の自由電子（または正孔）は伝導帯（また
は価゛電子帯）中を移動して不純物準位に捕捉される。
刺激を停止した後においてこれらの電子（またはＦＥ７
Ｌ）１寸熱的に開放され、伝導帯（または価電子帯）内
に再放出されて正孔（または自由１Ｅ子）と再結合する
とき蛍光を発する。この蛍光は残光と呼ばれている。
Ｌ）１寸熱的に開放され、伝導帯（または価電子帯）内
に再放出されて正孔（または自由１Ｅ子）と再結合する
とき蛍光を発する。この蛍光は残光と呼ばれている。
第１図は刺激停止後における発光の機構を示す。本図に
おいて、】は伝導帯、２は価電子帯。
おいて、】は伝導帯、２は価電子帯。
３は不純物準位、４は発光を表わす。また、ａは不純物
準位に捕捉された電子（または正孔）がここから伝導帯
（または価電子帯）に熱的に開放される確率を表わし。
準位に捕捉された電子（または正孔）がここから伝導帯
（または価電子帯）に熱的に開放される確率を表わし。
ａ＝ Ｓ ｅｘｐ （Ｅａ ／ｋＴ） −−−（＋）で
与えられる。この式でＳは振動数因子（ｆｒｅｑｕｅｎ
ｃｙ ｆａｃｔｏｒ ） 、 Ｅａは活性化工ネルキー
。
与えられる。この式でＳは振動数因子（ｆｒｅｑｕｅｎ
ｃｙ ｆａｃｔｏｒ ） 、 Ｅａは活性化工ネルキー
。
ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度である。また本図中
、ｒは自由電子と正孔が再結合する確率（輻射遷移と非
輻射遷移の確率の和）を表わす。
、ｒは自由電子と正孔が再結合する確率（輻射遷移と非
輻射遷移の確率の和）を表わす。
いま、刺激停止後におけ、る、不純物準位、伝導？ｉＦ
（または価電子帯）にある′電子数 （または正孔数
）を、それぞれ、ｎ、、１ とすると、この系のレート
方程式は 曲、 一＝ −ａｎ、 ＋ ｂＮＪ ・＝ （２）ｔ 而 一＝ａｎＴ−ｂＮ、ｘ−ｒｎ・−中（３）ｔ て与えられる。この式で、ｂは不純物準位に自由′電子
が捕捉される（雀率、ＮＴは不純物準位の濃度を示す。
（または価電子帯）にある′電子数 （または正孔数
）を、それぞれ、ｎ、、１ とすると、この系のレート
方程式は 曲、 一＝ −ａｎ、 ＋ ｂＮＪ ・＝ （２）ｔ 而 一＝ａｎＴ−ｂＮ、ｘ−ｒｎ・−中（３）ｔ て与えられる。この式で、ｂは不純物準位に自由′電子
が捕捉される（雀率、ＮＴは不純物準位の濃度を示す。
なお、本発明に係る４１１１定方法では蛍光体を対象と
しているので１発光には直接寄与しないと老えられる不
純物準位から価電子）１シへの遷移確率は無視している
。
しているので１発光には直接寄与しないと老えられる不
純物準位から価電子）１シへの遷移確率は無視している
。
以下に、このレート方程式を解く。ます、（２）式およ
び（３）式の解を ｎ、 （ｔ） −ｒ＋、ｏｅ−””、ａ’ ＝ ａ／（
１＋ｂＮ、 ／ｒ）・・・（４） ｎ（ｔ） ＝ Ｂｅ−”’ 、、、 ｔｃ、）おき、（
４）、（５）式を（２）、（３）式に代入するとａ′ Ｂ＝−ｎ７゜ ・・・（８） を得る。（４）、（５）式から発光強度１はとめられる
。ただし、ｒ８は再結合の確率［の中で発光による再結
合の確率を示す。また、刺激中の発光強度、刺激強度を
それぞれ１．、Ｇとすると、 ■。＝ （ｒＲ／ｒ ）
ｃであるから、（７）式からとなる。
び（３）式の解を ｎ、 （ｔ） −ｒ＋、ｏｅ−””、ａ’ ＝ ａ／（
１＋ｂＮ、 ／ｒ）・・・（４） ｎ（ｔ） ＝ Ｂｅ−”’ 、、、 ｔｃ、）おき、（
４）、（５）式を（２）、（３）式に代入するとａ′ Ｂ＝−ｎ７゜ ・・・（８） を得る。（４）、（５）式から発光強度１はとめられる
。ただし、ｒ８は再結合の確率［の中で発光による再結
合の確率を示す。また、刺激中の発光強度、刺激強度を
それぞれ１．、Ｇとすると、 ■。＝ （ｒＲ／ｒ ）
ｃであるから、（７）式からとなる。
をめると、 ａ’ ＝−が成り立ち、これと（１）式を
得る。この（９）式中、 ｔ、は刺激停止後から１ｌｌ
１１つた時ｍ１であり、Ｃは物質に依存するパラメータ
を示す。（９）式中のＴは、この式が を満たすことから明らかなように、刺激を停止して一定
時間１経過後において、発光強度のｌｌ！度依存性をめ
た場合に、その発光強度がピークを示す温度Ｔ、である
。
得る。この（９）式中、 ｔ、は刺激停止後から１ｌｌ
１１つた時ｍ１であり、Ｃは物質に依存するパラメータ
を示す。（９）式中のＴは、この式が を満たすことから明らかなように、刺激を停止して一定
時間１経過後において、発光強度のｌｌ！度依存性をめ
た場合に、その発光強度がピークを示す温度Ｔ、である
。
また、 ａ’ −１／七と（８）式からｎＴ。
１／Ｉ、 ＝□ ・・・（１０）
ｅＧｔ。
が成り立ち、これにより不純物準位の濃度ＮＴの大略、
すなわち、 Ｎ、つｎ、。＝ ｅＧｔ （１／ｌ、 ） −（＋１）
を知ることかできる。
すなわち、 Ｎ、つｎ、。＝ ｅＧｔ （１／ｌ、 ） −（＋１）
を知ることかできる。
以下に、本発明に係る不純物準位４１１１定方法を説明
する。
する。
第２図は本発明の詳細な説明するための波形図である。
本発明に係る測定方法では、第２図（１）に示す矩型の
紫外線、電子線、電場などの刺激源によって、断続的に
測定しようとする試料を刺激する。この場合、試料の発
光は（２）に示した波形となる。刺激中の発光強度を■
。、刺激を停止している期間の残光強度を■とすると、
Ｉ／Ｉ、 （以下、残光率と呼ぶ）は試料の温度Ｔ
（Ｋ）と、刺激停止後の経過時間ｔとの関数である。
紫外線、電子線、電場などの刺激源によって、断続的に
測定しようとする試料を刺激する。この場合、試料の発
光は（２）に示した波形となる。刺激中の発光強度を■
。、刺激を停止している期間の残光強度を■とすると、
Ｉ／Ｉ、 （以下、残光率と呼ぶ）は試料の温度Ｔ
（Ｋ）と、刺激停止後の経過時間ｔとの関数である。
ある一定経過時間ｔ＝ｔ、（サンプリング時間）におけ
る残光率の温度依存性を測定すると、残光率が極大を示
す温度（Ｔ、）がある。このピーク温度Ｔ、（Ｋ）およ
びサンプリング時間ｔ、 （Ｓ）と不純物準位の活性化
工ネルキーＥａ （ｅＶ）との間に成立する関係が（８
）式であり、二つ以上のサンプリング時間、例えは第２
図（２）に示した１、、１゜において残光率１． ／１
． 、Ｉ、 ／Ｉ、の温度依存性を１１ｊｌｌ定し、ピ
ーク温度Ｔ１９丁、をめることにより、（９）式と（１
１）式から活性化工ネルキーＥａおよび不純物準位の濃
度Ｎ７を決定することができる。
る残光率の温度依存性を測定すると、残光率が極大を示
す温度（Ｔ、）がある。このピーク温度Ｔ、（Ｋ）およ
びサンプリング時間ｔ、 （Ｓ）と不純物準位の活性化
工ネルキーＥａ （ｅＶ）との間に成立する関係が（８
）式であり、二つ以上のサンプリング時間、例えは第２
図（２）に示した１、、１゜において残光率１． ／１
． 、Ｉ、 ／Ｉ、の温度依存性を１１ｊｌｌ定し、ピ
ーク温度Ｔ１９丁、をめることにより、（９）式と（１
１）式から活性化工ネルキーＥａおよび不純物準位の濃
度Ｎ７を決定することができる。
第３図は、残光率の温度依存性をＡ１１１定する装置、
の−例である。本図においてしは刺激光源であり、これ
より発した紫外光は回転チョッパＣとフィルタＦ、によ
り断続的な光線となり、試料ホルグＨ上の測定試料に集
光され、これを刺激する。
の−例である。本図においてしは刺激光源であり、これ
より発した紫外光は回転チョッパＣとフィルタＦ、によ
り断続的な光線となり、試料ホルグＨ上の測定試料に集
光され、これを刺激する。
このとき、試料ホルタＨは真空ジュワーＢの中にあり、
試料温度を低温から２０θ℃位まで変えることかできる
。試料の発光はレンズＩＪによって集光され、試料の発
光スペクトルに応した選択フィルタＦ、を通して光電子
増倍管りにより検出さ札る。
試料温度を低温から２０θ℃位まで変えることかできる
。試料の発光はレンズＩＪによって集光され、試料の発
光スペクトルに応した選択フィルタＦ、を通して光電子
増倍管りにより検出さ札る。
光−に子増倍管りの出力波形はホックスカー積分器（２
チャンネル以上）などのサンプリング装置Ｓにより、第
２図に示す Ｉ、、Ｉ、、＋２・・・・・・として１ｉ
１Ａｌｌ＋され、Ｘ−Ｙ記録計Ｒ上に残光率１． ／Ｉ
つ。
チャンネル以上）などのサンプリング装置Ｓにより、第
２図に示す Ｉ、、Ｉ、、＋２・・・・・・として１ｉ
１Ａｌｌ＋され、Ｘ−Ｙ記録計Ｒ上に残光率１． ／Ｉ
つ。
１、 ／Ｉ。がそれぞれ記録される。Ｘ−Ｙ記録計Ｒの
×入力としては、試料ホルタＨに取伺けた熱電対ＴＣの
熱起電力を用いる。
×入力としては、試料ホルタＨに取伺けた熱電対ＴＣの
熱起電力を用いる。
以上の測定結果および式（９）より、活性化エネルギー
Ｅａをめることができる。
Ｅａをめることができる。
第４閃は本発明Ａｌｌ定方法にょ６ ％’Ｊ ／ Ｔ
ｂ蛍光体についての測定結果例を示す。サンプリング装
置Ｓとしては、マイクロコンピュータにより制御される
トランジェントメモリを用いた。また、刺激源として、
低圧水銀ランプによる主として波長２’５４ｎｍの紫外
線を用いた。
ｂ蛍光体についての測定結果例を示す。サンプリング装
置Ｓとしては、マイクロコンピュータにより制御される
トランジェントメモリを用いた。また、刺激源として、
低圧水銀ランプによる主として波長２’５４ｎｍの紫外
線を用いた。
第５図は、第４図に示した測定結果を解析したものであ
る。すなわち、第４図の結果から式（８）によって活性
化工ネルキーをめるために、 ｔ。
る。すなわち、第４図の結果から式（８）によって活性
化工ネルキーをめるために、 ｔ。
と Ｔ１の関係を表わしたものが第５図である。これに
より、 Ｙ、Ｏ，Ｓ：Ｔｂには三種類のトラップ準位ａ
、ｂ。
より、 Ｙ、Ｏ，Ｓ：Ｔｂには三種類のトラップ準位ａ
、ｂ。
Ｃかあり、その深さはそれぞれ０．１７．０．５２．１
．３３ｅＶであることが測定できた。また、第４図と（
１１）式よりａ、ｂ、ｃそれぞれの濃度はほぼ等しいと
いう結果を得た。
．３３ｅＶであることが測定できた。また、第４図と（
１１）式よりａ、ｂ、ｃそれぞれの濃度はほぼ等しいと
いう結果を得た。
なお、本蛍光体については、通常のグロー法による測定
に基づき、これまでに２ないし４の不純物準位があるこ
とは定性的には知られているが、七の深さを足部的に測
定した例はない。
に基づき、これまでに２ないし４の不純物準位があるこ
とは定性的には知られているが、七の深さを足部的に測
定した例はない。
第６図に本発明測定方法にょるＧ、 Ｐ／ Ｚ、１−０
結晶についての′Ａｌｌ＋定結果例を示す。サンプリン
グ装置Ｓとしては、２チヤンネルのホックスカー積分器
を用い、温度変化を三回行った。刺激源としては、Ａｒ
レーザによる波長４８８ｎｍの光を用いた。この実施例
より、この材料の不純物準位として深さ０．１２ｅＶ、
０．２３ｅＶの２つか観測された。
結晶についての′Ａｌｌ＋定結果例を示す。サンプリン
グ装置Ｓとしては、２チヤンネルのホックスカー積分器
を用い、温度変化を三回行った。刺激源としては、Ａｒ
レーザによる波長４８８ｎｍの光を用いた。この実施例
より、この材料の不純物準位として深さ０．１２ｅＶ、
０．２３ｅＶの２つか観測された。
なお、０．２３ｅＶのや位はＤＬＴＳ法によっても見い
たされているものであるが、０． ＋２ｅＶの準位はこ
れまで知られていない。このように、本発明測定方法に
よってより簡便にＤＬＴＳ法と同様な結果を１１＋るこ
とができる。
たされているものであるが、０． ＋２ｅＶの準位はこ
れまで知られていない。このように、本発明測定方法に
よってより簡便にＤＬＴＳ法と同様な結果を１１＋るこ
とができる。
以」二述べたことから明らかなように、本発明に係る不
純物準位測定方法では、精富な温度制御が不要であり、
また、半導体材料について行われているＤＬ ＴＳ法の
場合に必要な電極伺けなどの／ｌｌ＋備が不要であるの
で、比較的容易に発光性材料中の不純物準位を測定する
ことができる。
純物準位測定方法では、精富な温度制御が不要であり、
また、半導体材料について行われているＤＬ ＴＳ法の
場合に必要な電極伺けなどの／ｌｌ＋備が不要であるの
で、比較的容易に発光性材料中の不純物準位を測定する
ことができる。
さらに、本発明によれは、従来のグロー法では困難であ
った蛍光体などの不純物準位の深さを定量的に測定する
ことが可能である。
った蛍光体などの不純物準位の深さを定量的に測定する
ことが可能である。
また、本発明１１１１１定方法によれば、不純、物準位
の濃度を概算することもできる。
の濃度を概算することもできる。
第１図は創世停止後の発光機構を説明する図、
第２図（１）および（２）は本発明の詳細な説明するた
めの波形図、 第３図は本発明を実施するだめの装置例を示す構成図、 第４図ないし第６図は本発明の一実施例によるＡｉｌ＋
定結果を示す線区である。 １・・・伝導帯、 ２・・・価電子帯、 ３・・・不純物／ｌへ位、 ４・・・発光、 し・・・紫外光通、 Ｃ・・・光チヨ・ンパ、 Ｆ、・・・紫外透過フィルタ、 Ｈ・・・試料ホルタ、 ＴＯ・・・熱電対。 Ｂ・・・真空ジュワー、 ＬＭ・・・集光レンズ、 Ｆ、・・・紫外力・ントフィルタ、 Ｄ・・・光検出器（光電子増倍ｆｄ）、Ｓ・・・サンプ
リング装置、 Ｒ・・・Ｘ−Ｙ記録計。 特許出願人 （」木放送協会 第１図 １ 第２図 第３図 第４図 第５図 １ｏ○Ｏ／Ｔｍ（Ｋ”） 第６図 ｓ （ｍｓ １０００ ／ Ｔｍ （Ｋ−１）
めの波形図、 第３図は本発明を実施するだめの装置例を示す構成図、 第４図ないし第６図は本発明の一実施例によるＡｉｌ＋
定結果を示す線区である。 １・・・伝導帯、 ２・・・価電子帯、 ３・・・不純物／ｌへ位、 ４・・・発光、 し・・・紫外光通、 Ｃ・・・光チヨ・ンパ、 Ｆ、・・・紫外透過フィルタ、 Ｈ・・・試料ホルタ、 ＴＯ・・・熱電対。 Ｂ・・・真空ジュワー、 ＬＭ・・・集光レンズ、 Ｆ、・・・紫外力・ントフィルタ、 Ｄ・・・光検出器（光電子増倍ｆｄ）、Ｓ・・・サンプ
リング装置、 Ｒ・・・Ｘ−Ｙ記録計。 特許出願人 （」木放送協会 第１図 １ 第２図 第３図 第４図 第５図 １ｏ○Ｏ／Ｔｍ（Ｋ”） 第６図 ｓ （ｍｓ １０００ ／ Ｔｍ （Ｋ−１）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １） 被測定試料を刺激源により刺激し、該刺激を停止
した後、少なくとも２つ以」−のサンプリング時間 ｔ
５ において残光率の温度依存性をめ、６亥温度依存性
から前記残光率が極大を示す温度Ｔ１を得るとともに、 （ここで、ｋはポルツマン定数、Ｃは物質に依存するパ
ラメータ、Ｅ＆は活性化工ネルキー）により活性化エネ
ルギーをめることを！１．￥徴とする不純物準位測定方
法。 ２）前記刺激源を紫外線、電子線、゛市場もしくは電流
としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の不
純物準位測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58142447A JPS6034026A (ja) | 1983-08-05 | 1983-08-05 | 不純物準位測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58142447A JPS6034026A (ja) | 1983-08-05 | 1983-08-05 | 不純物準位測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6034026A true JPS6034026A (ja) | 1985-02-21 |
| JPH0552668B2 JPH0552668B2 (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=15315519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58142447A Granted JPS6034026A (ja) | 1983-08-05 | 1983-08-05 | 不純物準位測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6034026A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63140544A (ja) * | 1986-12-01 | 1988-06-13 | Semiconductor Res Found | 一定容量法によるフォトキャパシタンス測定装置及び測定方法 |
-
1983
- 1983-08-05 JP JP58142447A patent/JPS6034026A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63140544A (ja) * | 1986-12-01 | 1988-06-13 | Semiconductor Res Found | 一定容量法によるフォトキャパシタンス測定装置及び測定方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0552668B2 (ja) | 1993-08-06 |
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