一種檢測氮化鎵基發光二極體質量優劣的方法
2023-07-20 11:09:26
專利名稱：一種檢測氮化鎵基發光二極體質量優劣的方法
技術領域：
本發明涉及半導體發光二極體(LED)的檢測方法，特別是指一種檢測氮化鎵(GaN)基LED質量優劣的方法。
背景技術：
由GaN基半導體材料製成的高效藍、綠光和白光發光二極體具有壽命長、節能、綠色環保等顯著特點，已被廣泛應用於大屏幕彩色顯示、汽車照明、交通信號、多媒體顯示和光通訊等領域，特別是在照明領域具有廣闊的發展潛力。
高質量的半導體發光二極體是使其得到廣泛應用的前提條件。目前，用來衡量一個發光二極體質量優劣的參數很多，包括光電轉化效率、內外量子效率、光輸出效率、發光強度、功耗、最大正向及反向電流電壓、光譜半寬度、視角、流明效率等，而其中最重要的是外量子效率，它直接反映了發光二極體性能的優劣。發光二極體的外量子效率可以表示為內量子效率與電流注入效率及光輸出效率的乘積。內量子效率反映了器件材料生長質量的高低；光輸出效率與器件幾何構型密切相關；電流注入效率為通過發光二極體PN結的電子電流和總電流之比，反應了PN結材料層、支架、電極、引線所引起的電流損失情況，直接關係到外量子效率的高低。電流注入效率高，注入到PN結量子阱中的載流子就多，發生輻射複合的機率就高，內量子效率相對就高。在工業化生產中，同批生產的LED器件具有基本相同的生長過程、幾何構型和封裝材料，LED器件的質量在很大程度上取決於晶片、電極、支架、引線等與電流損失有關的過程的質量，即可由電流的注入效率來反映。因此，對於同批生產的LED器件，可以用電流注入效率的大小來初步衡量器件質量的優劣。可避免多項電學光學參數測量的既繁瑣又複雜的檢測過程。為此任何一種對電流注入效率進行有效測量的方法都是很有價值的，但目前尚無一種有效的方法進行直接測量。
發明內容
本發明的目的就是要提出一種通過對GaN基LED電流注入效率的直接測量，達到快速檢測其質量優劣的方法。
本發明是通過測量GaN基LED在不同注入電流下，發光峰位的藍移量來判斷其性能的優劣。
本發明的具體技術方案如下1.將被測樣品GaN基LED置於顯微-拉曼螢光光譜儀的物鏡下，接通電源使LED發光，移動樣品臺使LED發光光束對準物鏡，將注入電流調至最低但仍可發光，調節焦距，將物鏡焦點聚在LED發光面上。
2.調節注入電流，從0開始逐漸增大，每間隔500uA或1mA由光譜儀的CCD探測器採集一幅電致發光光譜。
3.然後對採集的每一幅光譜中位於峰值的2/3數值大小以上的光譜段採用高斯線形進行擬合，以便有效地降低噪聲帶來的峰位讀取誤差，獲得其準確的發光峰位。
4.對發光峰位第一次發生藍移的一幅電致發光光譜的注入電流作為最小檢測電流，隨著注入電流的逐漸增大，當發光峰位由藍移轉向紅移的一幅電致發光光譜的注入電流定為最大檢測電流。
5.藍移量Δλ＝最大檢測電流的發光峰位一最小檢測電流的發光峰位，Δλ作為判定GaN基LED質量優劣的數值，藍移量Δλ越大，LED的發光性能越好，其數值的確定可根據需要而定。
本發明是根據GaN基半導體發光二極體中存在的壓電效應和InN類量子點結構，通過檢測電流注入效率的高低來反映器件質量的優劣。由於GaN基半導體材料晶體結構對稱性較低及勢壘和勢阱材料晶格常數不匹配，在多量子阱結構中存在著自發極化和由應力引起的壓電極化。這兩種極化效應產生的極化電荷集聚在量子阱兩邊，形成指向襯底方向的強大極化電場(約3～4MV/cm)。在極化電場的作用下，量子阱能帶結構由方形轉變為三角形如圖1所示，使得LED發光峰位紅移，輻射效率降低，這就是所謂的量子限制的Stark效應。當注入電流時，注入到量子阱內的載流子會形成方向與極化電場相反的屏蔽電場，從而減弱極化電場，使得量子阱中導帶與價帶間的第一子帶間躍遷能量(E00)增大，輻射躍遷能量增大，發光峰位藍移，輻射效率提高。注入電流大小不同，量子阱中E00不同(如圖1所示)，躍遷能量不同，發光峰位藍移的程度也就不同。對於存在InN類量子點的多量子阱結構，當注入電流增大時，電子填滿低能級後會添到較高的能級上，同樣也會使輻射躍遷能增大，發光峰位藍移。因此，發光峰位藍移量反映了注入到PN結量子阱中電流的大小，也就是注入效率的大小。注入效率越高，進入到量子阱中的載流子就越多，發生輻射複合的機率也就越大，有利於發光效率的提高，同時也說明發光晶片、支架、引線等部分對電流的損失小，反映了器件具有較高的質量。
本發明具有操作簡單，速度快的特點，極其適合於對同批大規模生產的GaN基半導體發光二極體進行質量檢測。
圖1為注入電流對量子阱能帶的影響；圖2為GaN基LED發光峰位隨注入電流增大而藍移的光譜圖。
具體實施例方式
下面通過實施例及附圖對本發明作進一步的詳細說明。
選用顯微-拉曼螢光光譜儀測量發光峰位的變化。光譜儀中的CCD探測器和不同放大倍數的物鏡有利於測量在很低注入電流下LED的電致發光光譜。
具體測量步驟如下1.將本實施例的GaN基LED樣品放置於物鏡下，接通電源使LED發光，移動樣品臺將LED發光光束對準物鏡，將注入電流調至最低但仍可發光，選用不同放大倍數的物鏡，調節焦距，將物鏡焦點聚在LED發光面上，測量發光光譜，將可獲得明顯發光信號的物鏡作為檢測GaN基LED發光光譜峰位變化的物鏡。
2.將注入電流從0逐漸增大，每間隔1mA採集一幅電致發光光譜。
3.對所採集的光譜中位於峰值的2/3數值大小以上的光譜段採用高斯線形進行擬合，以便有效地降低噪聲帶來的峰位讀取誤差，獲得其準確的發光峰位。見圖2中的高斯線形擬合光譜圖，圖中是本實施例分別在5mA，10mA，20mA，30mA和40mA注入電流時的光譜圖，它們的發光峰位分別是470.46nm，469.60nm，468.78nm，468.54nm和468.68nm。
4.將發光峰位最先發生藍移的注入電流作為最低檢測電流，從圖2中可以看出最小檢測電流為5mA；將發光峰位由藍移轉向紅移的注入電流定為最大檢測電流，圖2中最大檢測電流為30mA，則其檢測電流範圍為0～30mA。
5.確定在檢測電流範圍內發光峰位的藍移量Δλ。圖2中GaN基LED在注入電流範圍為5～30mA內的峰位藍移量為Δλ＝1.9nm。
6.按照以上2-5步驟，分別測定同批生產的GaN基LED的Δλ。在本實施例中確定Δλ＞1.5nm為性能優良的產品，否則為次品。圖2中所示樣品的藍移量為1.9nm，說明此產品性能比較好。
本發明是針對GaN基半導體發光二極體。對於綠光、藍光發光二極體測量其主發光峰位的變化；對於白光發光二極體，由於是使用藍光晶片激發螢光粉發光，只需測量其晶片所發藍光峰位的變化。
以上所述的實施例僅為了說明本發明的技術思想及特點，其目的在於使本領域的普通技術人員能夠了解本發明的內容並據以實施，本發明的範圍並不僅局限於上述具體實施例，即凡依本發明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍涵蓋在本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種檢測氮化鎵基發光二極體質量優劣的方法，其特徵在於具體步驟如下A.將被測樣品GaN基LED置於顯微-拉曼螢光光譜儀的物鏡下，接通電源使LED發光，移動樣品臺使LED發光光束對準物鏡，將注入電流調至最低但仍可發光，調節焦距，將物鏡焦點聚在LED發光面上；B.調節注入電流，從0開始逐漸增大，每間隔500uA或1mA由光譜儀的CCD探測器採集一幅電致發光光譜；C.然後對採集的每一幅光譜中位於峰值的2/3數值大小以上的光譜段採用高斯線形進行擬合，以便有效地降低噪聲帶來的峰位讀取誤差，獲得其準確的發光峰位；D.對發光峰位第一次發生藍移的一幅電致發光光譜的注入電流作為最小檢測電流，隨著注入電流的逐漸增大，當發光峰位由藍移轉向紅移的一幅電致發光光譜的注入電流定為最大檢測電流；E.藍移量Δλ＝最大檢測電流的發光峰位一最小檢測電流的發光峰位，Δλ作為判定GaN基LED質量優劣的數值，藍移量Δλ越大，LED的發光性能越好，其數值的確定可根據需要而定。
全文摘要
本發明公開了一種檢測氮化鎵基半導體發光二極體質量優劣的方法。它是根據GaN基半導體發光二極體中存在的壓電效應和InN類量子點結構，通過測量在不同注入電流下，發光峰位的藍移量來判斷發光二極體性能的優劣。在相同注入電流下，如果發光峰位藍移量越大，電流的注入效率就越高，電流在晶片、電極、支架、引線等器件各個部分上的損失就越小。這就說明製造發光二極體的各個工藝過程，如材料生長、電極加工、封裝控制的比較好，產品的質量相對就比較高。本發明具有操作簡單，易於批量使用的特點。
文檔編號G01M11/02GK1776442SQ200510110630
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月23日 優先權日2005年11月23日
發明者陸衛, 夏長生, 李志鋒, 李寧, 王少偉, 張波, 陳平平, 陳效雙, 陳明法 申請人:中國科學院上海技術物理研究所, 上海藍寶光電材料有限公司