CN100354639C - 一种检测氮化镓基发光二极管质量优劣的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测氮化镓基半导体发光二极管质量优劣的方法。它是根据GaN基半导体发光二极管中存在的压电效应和InN类量子点结构，通过测量在不同注入电流下，发光峰位的蓝移量来判断发光二极管性能的优劣。在相同注入电流下，如果发光峰位蓝移量越大，电流的注入效率就越高，电流在芯片、电极、支架、引线等器件各个部分上的损失就越小。这就说明制造发光二极管的各个工艺过程，如材料生长、电极加工、封装控制的比较好，产品的质量相对就比较高。本发明具有操作简单，易于批量使用的特点。
Description
技术领域
本发明涉及半导体发光二极管(LED)的检测方法，特别是指一种检测氮化镓(GaN)基LED质量优劣的方法。
背景技术
由GaN基半导体材料制成的高效蓝、绿光和白光发光二极管具有寿命长、节能、绿色环保等显著特点，已被广泛应用于大屏幕彩色显示、汽车照明、交通信号、多媒体显示和光通讯等领域，特别是在照明领域具有广阔的发展潜力。
高质量的半导体发光二极管是使其得到广泛应用的前提条件。目前，用来衡量一个发光二极管质量优劣的参数很多，包括光电转化效率、内外量子效率、光输出效率、发光强度、功耗、最大正向及反向电流电压、光谱半宽度、视角、流明效率等，而其中最重要的是外量子效率，它直接反映了发光二极管性能的优劣。发光二极管的外量子效率可以表示为内量子效率与电流注入效率及光输出效率的乘积。内量子效率反映了器件材料生长质量的高低；光输出效率与器件几何构型密切相关；电流注入效率为通过发光二极管PN结的电子电流和总电流之比，反应了PN结材料层、支架、电极、引线所引起的电流损失情况，直接关系到外量子效率的高低。电流注入效率高，注入到PN结量子阱中的载流子就多，发生辐射复合的几率就高，内量子效率相对就高。在工业化生产中，同批生产的LED器件具有基本相同的生长过程、几何构型和封装材料，LED器件的质量在很大程度上取决于芯片、电极、支架、引线等与电流损失有关的过程的质量，即可由电流的注入效率来反映。因此，对于同批生产的LED器件，可以用电流注入效率的大小来初步衡量器件质量的优劣。可避免多项电学光学参数测量的既繁琐又复杂的检测过程。为此任何一种对电流注入效率进行有效测量的方法都是很有价值的，但目前尚无一种有效的方法进行直接测量。
发明内容
本发明的目的就是要提出一种通过对GaN基LED电流注入效率的直接测量，达到快速检测其质量优劣的方法。
本发明是通过测量GaN基LED在不同注入电流下，发光峰位的蓝移量来判断其性能的优劣。
本发明的具体技术方案如下：
1.将被测样品GaN基LED置于显微-拉曼荧光光谱仪的物镜下，接通电源使LED发光，移动样品台使LED发光光束对准物镜，将注入电流调至最低但仍可发光，调节焦距，将物镜焦点聚在LED发光面上。
2.调节注入电流，从0开始逐渐增大，每间隔500uA或1mA由光谱仪的CCD探测器采集一幅电致发光光谱。
3.然后对采集的每一幅光谱中位于峰值的2/3数值大小以上的光谱段采用高斯线形进行拟合，以便有效地降低噪声带来的峰位读取误差，获得其准确的发光峰位。
4.对发光峰位第一次发生蓝移的一幅电致发光光谱的注入电流作为最小检测电流，随着注入电流的逐渐增大，当发光光谱的发光峰位由蓝移转向红移的的注入电流定为最大检测电流。
5.蓝移量Δλ＝最大检测电流的发光峰位-最小检测电流的发光峰位，Δλ作为判定GaN基LED质量优劣的数值，蓝移量Δλ越大，LED的发光性能越好，其数值的确定可根据需要而定。
本发明是根据GaN基半导体发光二极管中存在的压电效应和InN类量子点结构，通过检测电流注入效率的高低来反映器件质量的优劣。由于GaN基半导体材料晶体结构对称性较低及势垒和势阱材料晶格常数不匹配，在多量子阱结构中存在着自发极化和由应力引起的压电极化。这两种极化效应产生的极化电荷集聚在量子阱两边，形成指向衬底方向的强大极化电场(约3～4MV/cm)。在极化电场的作用下，量子阱能带结构由方形转变为三角形如图1所示，使得LED发光峰位红移，辐射效率降低，这就是所谓的量子限制的Stark效应。当注入电流时，注入到量子阱内的载流子会形成方向与极化电场相反的屏蔽电场，从而减弱极化电场，使得量子阱中导带与价带间的第一子带间跃迁能量(E00)增大，辐射跃迁能量增大，发光峰位蓝移，辐射效率提高。注入电流大小不同，量子阱中E00不同(如图1所示)，跃迁能量不同，发光峰位蓝移的程度也就不同。对于存在InN类量子点的多量子阱结构，当注入电流增大时，电子填满低能级后会添到较高的能级上，同样也会使辐射跃迁能增大，发光峰位蓝移。因此，发光峰位蓝移量反映了注入到PN结量子阱中电流的大小，也就是注入效率的大小。注入效率越高，进入到量子阱中的载流子就越多，发生辐射复合的几率也就越大，有利于发光效率的提高，同时也说明发光芯片、支架、引线等部分对电流的损失小，反映了器件具有较高的质量。
本发明具有操作简单，速度快的特点，极其适合于对同批大规模生产的GaN基半导体发光二极管进行质量检测。
附图说明
图1为注入电流对量子阱能带的影响；
图2为GaN基LED发光峰位随注入电流增大而蓝移的光谱图。
具体实施方式
下面通过实施例及附图对本发明作进一步的详细说明。
选用显微-拉曼荧光光谱仪测量发光峰位的变化。光谱仪中的CCD探测器和不同放大倍数的物镜有利于测量在很低注入电流下LED的电致发光光谱。
具体测量步骤如下：
1.将本实施例的GaN基LED样品放置于物镜下，接通电源使LED发光，移动样品台将LED发光光束对准物镜，将注入电流调至最低但仍可发光，选用不同放大倍数的物镜，调节焦距，将物镜焦点聚在LED发光面上，测量发光光谱，将可获得明显发光信号的物镜作为检测GaN基LED发光光谱峰位变化的物镜。
2.将注入电流从0逐渐增大，每间隔1mA采集一幅电致发光光谱。
3.对所采集的光谱中位于峰值的2/3数值大小以上的光谱段采用高斯线形进行拟合，以便有效地降低噪声带来的峰位读取误差，获得其准确的发光峰位。见图2中的高斯线形拟合光谱图，图中是本实施例分别在5mA，10mA，20mA，30mA和40mA注入电流时的光谱图，它们的发光峰位分别是470.46nm，469.60nm，468.78nm，468.54nm和468.68nm。
4.将发光峰位最先发生蓝移的注入电流作为最低检测电流，从图2中可以看出最小检测电流为5mA；将发光峰位由蓝移转向红移的注入电流定为最大检测电流，图2中最大检测电流为30mA，则其检测电流范围为0～30mA。
5.确定在检测电流范围内发光峰位的蓝移量Δλ。图2中GaN基LED在注入电流范围为5～30mA内的峰位蓝移量为Δλ＝1.9nm。
6.按照以上2-5步骤，分别测定同批生产的GaN基LED的Δλ。在本实施例中确定Δλ＞1.5nm为性能优良的产品，否则为次品。图2中所示样品的蓝移量为1.9nm，说明此产品性能比较好。
本发明是针对GaN基半导体发光二极管。对于绿光、蓝光发光二极管测量其主发光峰位的变化；对于白光发光二极管，由于是使用蓝光芯片激发荧光粉发光，只需测量其芯片所发蓝光峰位的变化。
以上所述的实施例仅为了说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的范围并不仅局限于上述具体实施例，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍涵盖在本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种检测氮化镓基发光二极管质量优劣的方法，其特征在于具体步骤如下：
A.将被测样品GaN基LED置于显微-拉曼荧光光谱仪的物镜下，接通电源使LED发光，移动样品台使LED发光光束对准物镜，将注入电流调至最低但仍可发光，调节焦距，将物镜焦点聚在LED发光面上；
B.调节注入电流，从0开始逐渐增大，每间隔500uA或1mA由光谱仪的CCD探测器采集一幅电致发光光谱；
C.然后对采集的每一幅光谱中位于峰值的2/3数值大小以上的光谱段采用高斯线形进行拟合，以便有效地降低噪声带来的峰位读取误差，获得其准确的发光峰位；
D.对发光峰位第一次发生蓝移的一幅电致发光光谱的注入电流作为最小检测电流，随着注入电流的逐渐增大，当发光光谱的发光峰位由蓝移转向红移的注入电流定为最大检测电流；
E.蓝移量Δλ＝最大检测电流所对应的发光峰位-最小检测电流所对应的发光峰位，Δλ作为判定GaN基LED质量优劣的数值，蓝移量Δλ越大，LED的发光性能越好，其数值的确定可根据需要而定。
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