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METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING LEVEL IN FORBIDDEN BAND BY PHOTOLUMINESCENCE WITH ADDED THERMAL EXCITATION

Patent code P07A012452
File No. ID5074
Posted date Dec 28, 2007
Application number P2003-286624
Publication number P2005-055307A
Patent number P3743802
Date of filing Aug 5, 2003
Date of publication of application Mar 3, 2005
Date of registration Dec 2, 2005
Inventor
  • (In Japanese)鎌田 憲彦
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人埼玉大学
Title METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING LEVEL IN FORBIDDEN BAND BY PHOTOLUMINESCENCE WITH ADDED THERMAL EXCITATION
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and an apparatus for measuring a level in a forbidden band by photoluminescence with added thermal excitation which conveniently and accurately measure energy of the level in the forbidden band such as a trap level.
SOLUTION: A light emitted by an electron or a hole released from the trap level is observed and the energy of the level in the forbidden band is nondestructively, noncontactly, conveniently and surely separated and measured by organically combining an excitation light of an energy width of the forbidden band of materials or more, an excitation light of the energy width of the forbidden band of the materials or less and thermal energy when the emitted light, the received light and the level in the forbidden band in the electronic material are quantitatively measured. A factor for generating the level in the forbidden band is clearly expressed. A material composition, a manufacturing process and a device structure are easily optimized through a removal of the factor and the efficiency of a light emission/display device is improved.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


これまでのフォトルミネッセンス(PL)では、異なる試料間での発光強度の相対比を求めることは容易であるが、素子効率や安定性、信頼性を定める非発光再結合準位や捕獲準位のふるまいを定量的に調べることは不可能であった。



これに対して本願発明者らは、禁制帯エネルギー幅以上の励起(Above-Gap Excitation,AGE)光と、禁制帯エネルギー幅以下の励起(Below-Gap Excitation,BGE)光の2波長励起PLの手法により、非発光再結合準位として作用する禁制帯内準位のエネルギー、空間分布、濃度、電子・正孔捕獲率等の非発光再結合パラメータを定量的に導出可能であることを示した。また、パルス励起での時分解PL応答から、より容易に非発光再結合パラメータの導出が可能であることを示した(下記特許文献1参照)。



しかしながら、ここで非発光再結合準位のエネルギー分布はBGEエネルギーを変化させて測定可能であるが、実際上はそれに十分な強度の光源を赤外領域まで準備すること、特に捕獲準位を分けて測定することはさほど容易でない。



これとは別に、捕獲準位にキャリアを捕獲させた後、一定速度で昇温させながら熱放出キャリアによる発光を温度の関数として観測する方法(熱ルミネッセンス法)がある。



この方法では、昇温速度を変えながら複数回の測定を行うと、捕獲準位のエネルギーが求められるが、測定に時間がかかる上に精度が十分でなく、また他の非発光再結合準位の影響を分離することができなかった。
【特許文献1】
特開2002-286640号公報(第2-3頁 図2)
【非特許文献1】
E.Kanoh,K.Hoshino,N.Kamata,K.Yamada,M.Nishioka and Y.Arakawa,J.Lumin,63,pp.235-240,1995.
【非特許文献2】
N.Kamata,J.M.Z.Ocampo,K.Hoshino,K.Yamada,M.Nishioka,T.Someya and Y.Arakawa,Recent Res.Developments in Quantum Electronics,1,pp.123-135,1999.

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、発光・受光および電子材料中に存在し、素子効率や安定性、信頼性を低下させるために、その成因解明と除去が望まれている禁制帯内準位(欠陥や残留不純物等の作る、本来あってはならないエネルギー準位で、捕獲準位や非発光再結合準位として作用する)を高精度に検出、評価するための非破壊、非接触の光学的測定方法およびその測定装置に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
フォトルミネッセンス(PL)による禁制帯内準位の測定方法において、
(a)発光・受光および電子材料に低温下で予め光子エネルギーEexc のAGE光またはBGE光を照射して、励起キャリア(電子又は正孔)を禁制帯内の捕獲準位に捕獲させ、
(b)AGE光またはBGE光を遮断後、一定昇温率で温度を上昇させながら、捕獲準位から熱放出されたキャリアによる発光を温度の関数として観測するときに、ある中間温度で光子エネルギーEB のBGE光を照射して、照射しなければその後熱放射されたであろう捕獲エネルギーET <EB の捕獲準位のキャリアをBGEにより光励起して、一度に発光を生成させ、この後の昇温では、捕獲エネルギーET <EB の捕獲準位にキャリアは存在しないため発光は生じず、捕獲エネルギーET >EB の準位からのキャリアが熱放出される温度に達して初めて次の発光を生じさせ、
(c)前記光励起と熱励起の相反的関係から、特定の光子エネルギーEexc とEB 、あるいは相異なる複数のEexc とEB の組み合わせを利用して禁制帯内準位のエネルギーを検出することを特徴とする熱励起を加えたフォトルミネッセンスによる禁制帯内準位の測定方法。

【請求項2】
 
フォトルミネッセンス(PL)による禁制帯内準位の測定装置において、
(a)AGE光を照射するAGE光源と、
(b)BGE光を照射するBGE光源と、
(c)試料としての発光材料に作用する冷却および加熱装置と、
(d)該冷却および加熱装置の温度を制御する温度制御装置と、
(e)試料の温度を検出するセンサとを備え、
(f)発光・受光および電子材料に低温下で予め光子エネルギーEexc のAGE光またはBGE光を照射して、励起キャリア(電子又は正孔)を禁制帯内の捕獲準位に捕獲させ、AGE光またはBGE光を遮断後、前記センサ及び温度制御装置により、一定昇温率で温度を上昇させながら、捕獲準位から熱放出されたキャリアによる発光を温度の関数として観測するときに、ある中間温度で光子エネルギーEB のBGE光を照射すると、照射しなければその後熱放射されたであろう捕獲エネルギーET <EB の捕獲準位のキャリアをBGEにより光励起させ、一度に発光を生じさせ、この後の昇温では、捕獲エネルギーET <EB の捕獲準位にキャリアは存在しないため発光は生じず、捕獲エネルギーET >EB の準位からのキャリアが熱放出される温度に達して初めて次の発光を生じさせ、この光励起と熱励起の相反的関係から特定の光子エネルギーEexc とEB 、あるいは相異なる複数のEexc とEB の組み合わせを利用して、禁制帯内準位のエネルギーを測定することを特徴とする熱励起を加えたフォトルミネッセンスによる禁制帯内準位の測定装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2003286624thum.jpg
State of application right Registered
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