Способ определения концентрации активаторов люминесценции в кристаллах

Способ определения концентрации активаторов люминесценции в кристаллах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик ()792111 (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 021177 (21) 2541151/18-25 с присоединением заявки Нов (51)M. Кл.

G N 21/64

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открыти и (23) Приоритето†(53) УДК 535.37 (088. 8) Опубликовано30,1280. Бюллетень Р 48

Дата опубликования описания 3012,80 (72) Авторы изобретения

В.В.Евстропов и Б.Н.Калинин

Ордена Ленина физико-технический институт имени A.Ô.Èoôôå (7! ) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ АКТИВАТОРОВ

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ В .КРИСТАЛЛАХ.недостатком является крайне низкая точность данного метода.

Наиболее близким по технической сущности можно считать способ определения концентрации активаторов люминесценции в кристалле (2), заключающийся в возбуждении до некоторого уровня люминесценции активаторов и измерения относительной интенсивности спектральных линий.

Недостатком его является невозможность определения локальной концентрации активатора при его неоднородном распределении и невысокая точность измерения.

Настоящее изобретение относится к технологии твердотельных, в частности полупроводниковых, источников излучения, например полупроводниковых светодиодов.

Известен способ определения концентрации активаторов люминесценции, заключающийся в возбуждении люминесценции активатора и измерении отношения интенсивностей двух спектральных .линий (1). Первая линия обусловлена наличием в решетке кристалла одиночных атомов активатора. Вторая — наличием изолированных пар таких атомов.

Целью изобретения является возможность определения локальной концентрации активатора при неоднородном

его распределении и повышение точнос5 ти измерений.

Для достижения этой цели измерение интенсивности проводят для двух спектральных линий, соответствующих различным типам люминесцентных центров, образованных определяемым активатором, вторично возбуждают люминесценцию при отличном от первоначального уровня. возбуждении и измеряют интенсивности упомянутых линий

15 при этом новом уровне возбуждения, а искомую концентрацию определяют по данным об относительной интенсивности упомянутых линий при двух уровнях возбуждения.

20 Способ реализуется следующим образом: для измерения выбираются две спектральные линии, соответствующие центрам люминесценции различного типа, образованным определяемым активатором измерение отношения интенсивностей этих линий проводится дважды, . при двух различных уровнях возбужде.ния, Соотношение интенсивностеи в этом

30 случае простыми зависимостями связа792111 где 4i — интенсивность люминесценции центров соответствуюO щего типа;

Д и — избыточная концентрация не основных носителей (уровень возбуждения), Параметры 7, m в общем случае эавйсят от температуры и концентрации основных носителей (уровня Ферми). бО но с концентрацией активатора. Действительно, пусть центр первого типаодиночные атомы активатора, а центры второго типа — пары атомов активатора., При случайном распределении активаторов в решетке концентрация центров первого типа пропорциональна концентрации активатора (Б), а концентрация центров второго типа— квадрату концентрации активатора (N), Следовательно, интенсивность линии, соответствующей центру первого типа, пропорциональна (N), а интенсивность линии, соответствующей центру второго типа, пропорциональна (N) . Отношение интенсивности линии второго типа к интенсивности линии первого типа пропорционально, (g)

Ю (N)

Измерение при двух уровнях возбуждения позволяет учесть зависимость отношения интенсивностей от уровня 20 возбуждения, в результате чего связь отношения интенсивностей с концентрацией активатора F, каждом; конкретном случае (выбран основной материал, активатор и два типа образованных акти- 25 ватором центров) становится одноэначНОЙ °

Существо способа поясняется на примере определения концентрации азота в фосфиде галлия. 30 Азот в фосфиде галлия образует несколько центров люминесценции, первый тип — одиночный атом азота, замещающий фосфор. Соответствующая линия называется А-линией. Ее интенсивность будем обозначать а ° Второй-пара таких атомов азота, которые расположены на ближайшем возможном расстоянии друг от друга (т.е. один атом на первой координационной сфере относительно другого) . Соответствующая линия назы

40 вается NNl -линией. Ее интенсивность будем обозначать b. Третий тип — пары атомов азота, в которых один атом расположен на третьей координационной сфере относительно другого Соответст-55 вующая линия называется БИ линией.

Азот образует. центры и других типов.

Зависимость интенсивности любой иэ перечисленных линий от уровня воз-. буждения может быть представлена приближенно формулой, описывающей насыщение:

Параметр 4 пропорционален концент" рации центров соответствующего типа.

Связь интенсивности двух линий

4д и )„ дается, следовательно формулоя где

Е ли дн " и (А ° например) не насыщается, то в формуле (1) †"- 0

I и формула (1) принимает вид (.> ) С<

В этом случае отношение интенсивностей можно выразить через уровень возбуждения („g Ж г= —,= — — „„,, с — (4)

Ц Щ

ПаРаметр _#_ в формулах (2) и (4) пропорционален искомой концентрации активаторов .(N). Действительно, следовательно Р()= — =(Ы

- Cg"

В общем случае Ж зависит еще от концентрации основных носителей (уровня Ферми) и температуры. В некоторых практически важных случаях параметр

g зависит только от температуры. Так, например, при температуре выше 77 К о/ (температура кипения жидкого азота) в р-слое фосфида галлия параметр _#_ не зависит от концентрации дырок, а только от температуры. Другой пример: при температуре 4,2 К (жидкий гелий) параметры Б, X. и m,1/ как в п-слое, так и в р-слое не зависит от концент рации соответственно электронов и дырок.

Параметр g определяется следующим образом.

При первом уровне возбуждения интенсивности выбранных двух линий обо« значим b и а, при втором - b u

I // ,а . Тогда иэ формулы (2) следует, _#_g „уф"

3>4а И Mc"

:Из этих уравнений находим

Й "(а a )

„ U($ ll У С З

Коэффициент пропорциональности между

Х и (N) определяется путем сопостав792111

Формула изобретения х

ЬИ

П1

П1

Н»

1 (((n" (+—

И1 Из этих уравнений находим

ДИ -ЛИ

° У =И " „„,, (6) hn -дии

Составитель СсЗезин

Редактор Н.Коляда Техред С.Мигунова КорректорС.Шекмар

Заказ 9420/41 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ПЛП Патент (, r.Óæãoðoä, ул.Проектная, 4 ления с результатами измерений по известному методу, Для выбранных нами линий A u NNr линии, коэффициент пропорциональности между Ю и (Nj равен

4,5 х 10 см

Формула (3) применима в любом случае, когда обе линии насыщаются, когда насыщается одна линия и когда обе линии не насыщаются. А-линия в фосфиде галлия имеет свойство не насыщаться в широком диапазоне уровней

10 возбуждения и температуры, поэтому если в качестве одной из линий выбрана А-линия, можно использовать другую процедуру расчета, с использованием данных об уровнях возбуждения (в этом отличие от универсального 15 варианта).

Отношение интенсивностей двух линий при первом уровне возбуждения

gn обозначим r, при втором (Лп )— ((I

r, Тогда из формулы (4,) 20 ((Величины Д n и Дn " в формуле (6) or ределяются в зависимости от способа возбуждения. Если это фотолюминесценция, то Д и пропорционально Е-интенсивности освещения, и в формуле (6)

/l ( вместо Лп и Дп нужно ставить Е и

Е . Если зто инжекция через р-и пеI реход в фосфице галлия, то Ьп пропорционально ., где .(-ток через р-и переход.

Рассмотрим числовой пример. Опре делялась концентрация азота в окрестности p — и перехода фосфидгаллиевой р-и структуры. Люминесценция возбуждалась инжекцией неосновных носите- 45 лей - пропусканием прямого тока при температуре 112 К . Первый ток (=0,3 о ма, при этом отношенни интенсивностей.NN = линии и А = линии r = 2,4Х

1

I х10 . Второй ток 7= 5 ма, r = 1x

10>. Параметр у. определялся по формуле (6), в которой bn заменено на ."(. Расчеу дал Ж= 4,3 х.10 и (N) = 2х 10 см . Если в этой же р-и структуре определить концентрацию азота согласно прототипу, то получится завышенная в три раза концентрация азота из-за эффекта многократных внутренних отражений.

Использование данного способа оггределения концентрации активаторов в кристаллах дает положительный эффект в результате повышения точности определения концентрации активаторов и возможности контролировать их распределение при производстве твердотельных излучающих структур..

Способ определения концентрации активаторов люминесценции в кристаллах.,заключающийся в возбуждении люминесценции активаторов и измерении относительной интенсивности спектральных линий, о т л и ч а ю щ и й-, с я тем, что, с целью получения воэможности определения локальной концентрации активатора при неоднородном его распределении и повышения точности измерений, измерение интенсивности проводят для двух спектральных линий, соответствукицих различным типам люминесцентных центров, образованных определяемым активатором, вторично возбуждают люминесценцию при отличном от первоначального уровня возбуждении и измеряют интенсивности упомянутых линий при этом новом уровне возбуждения, а искомую концентрацию определяют по данным об относительной интенсивности упомянутых линий при двух уровнях возбуждения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Полупроводниковые приборы и их применение. Сб. статей, N., Советское радио, 197 2, с.3-14.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 218157 /18-25 (прототип) .