CN101109724B - 一种检测多量子阱发光二极管内部量子点密度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种检测InGaN/GaN多量子阱发光二极管内部量子点密度大小的方法。由于InGaN/GaN多量子阱发光二极管为InGaN量子点发光，那么，其内部量子点密度的大小就决定了其发光性能的优劣。本发明根据InGaN/GaN多量子阱发光二极管开启电压随其内部量子点密度增大而逐渐增大的变化关系，通过测量其开启电压的大小来判定其内部量子点密度的大小。在保证电极为欧姆接触的情况下，发光二极管的开启电压越大，其内部量子点密度也就越高。本发明可以简单方便的确定InGaN/GaN多量子阱发光二极管内部量子点密度的相对大小，而且不会造成浪费，对于寻找最优化的生长条件，提高发光二极管的发光效率和节约成本具有重要意义。

Description

一种检测多量子阱发光二极管内部量子点密度的方法

技术领域

本发明涉及半导体发光二极管(LED)，特别是指一种检测InGaN/GaN多量子阱发光二极管内部量子点密度大小的方法。

背景技术

InGaN/GaN多量子阱(MQW)发光二极管可以发射绿光和蓝光，已在大屏幕彩色显示、汽车照明和交通信号、多媒体显示、光通讯等领域得到广泛的应用。目前，人们对其研究的热点就是最大限度的提高发光效率，以便能够达到照明光源的要求，尽早实现照明光源的绿色革命。大量研究结果已经表明，InGaN/GaN MQW LED的发光机理是载流子在由应变驰豫效应及InN和GaN的低互熔性所形成的富In的InGaN量子点内的辐射复合发光，也就是说是量子阱中量子点的三维限制发光，而不是像其他多量子阱结构的量子阱一维限制发光。这样，InGaN/GaN MQW LED的发光效率必然会受到其中量子点密度大小的影响：量子点密度越高，载流子被缺陷捕获的几率就越小，LED的发光效率就越高。因而，我们可以通过控制LED外延层的生长过程，尽量获得高密度量子点的方法来提高LED的发光效率。

然而，InGaN量子点的形成是自发的，受生长条件的影响很大。要获得最优化的高密度量子点，必须通过一系列的探索过程如：生长外延层-测量量子点密度-改进生长条件-测量量子点密度来达到。那么，找到一种能够既快速又简单测量量子点密度大小的方法尤为重要，这样才能快速的推进上述过程的进行，在短时间内获得能够生长高密度量子点的生长条件和参数，进而大幅度的提高LED的发光效率。目前，检测LED量子点密度的唯一方法就是通过高分辨率透射电子显微镜测量，但是这种方法存在着许多不足和困难：①透射电子显微镜价格昂贵，成本高；②量子点的尺寸小，要观察到量子点的密度大小，必须具有很高的分辨率，而这通常是很难达到的；③进行测量时，需要对样品进行破坏性的打磨，由于蓝宝石衬底硬度很大，测量过程耗时、耗力。因此，目前还没有一种简单、有效的测量方法。

发明内容

本发明的目的就是要提出一种能够快速、简单测量InGaN/GaN MQW LED内部量子点密度大小的方法。

本发明是通过测量InGaN/GaN MQW LED开启电压的大小来判定其内部量子点密度的大小。

本发明的具体步骤如下：

1.将生长完成的InGaN/GaN多量子阱材料芯片，切割成普通LED芯片大小，刻蚀出N型GaN电极层，并镀制具有欧姆接触的正负电极。此步骤可按照GaN基LED器件的工业生产过程进行。

2.通过LED I-V特性曲线测量仪测得不同样品LED在相同注入电流下的I-V特性曲线。

3.通过切线外推的方法获得不同样品LED的开启电压，开启电压V_{Turn_on}与量子点密度N_QD满足如下关系式：

$V_{\mathrm{Turn}\_\mathrm{on}}=3.32-0.19\·{\left(0.87\right)}^{N_{\mathrm{QD}}/{10}^{11}},$

可见，开启电压越大者，其量子点密度就越大。利用计算机可很容易求得量子点密度N_QD大小。

本发明根据InGaN/GaN多量子阱发光二极管开启电压随其内部量子点密度逐渐增大的变化关系，通过测量其开启电压的大小来判定其内部量子点密度的大小的。由于富In的InGaN量子点势能比较低，而且具有三维限制作用，量子点相对于量子阱具有很高的载流子捕获效应。量子点密度增加，载流子流过量子点时要消耗更多的载流子用于辐射复合发光。那么，在相同的注入电流下，具有较高密度量子点的LED器件，就需要较高的偏压来保持注入电流的平衡，结果导致开启电压的升高。因此，在电极为欧姆接触的条件下，LED开启电压的高低就反映了其中量子点密度的大小。

本发明的方法具有操作简单，速度快的特点，而且不会造成浪费，LED器件在测量完毕后仍然可以作为商品出售。

附图说明

图1为利用本发明方法测得的5个样品LED的I-V特性曲线，其中5条直线分别为5条I-V特性曲线的切线，与横向坐标轴的交点分别为其开启电压的大小。

图2为10个样品LED开启电压随量子点密度从1.0×10¹¹cm^-2增大到9.0×10¹¹cm^-2时的变化关系。

具体实施方式

以下通过实施例及附图对本发明作进一步的详细说明：

本发明是保证电极在欧姆接触的条件下，通过测量InGaN/GaN MQW LED开启电压来计算其内部量子点密度的大小。图1为通过LED I-V特性曲线测量仪测得5个样品LED在相同注入电流下的I-V特性曲线，然后通过切线外推的方法获得LED的开启电压，见图1中直线与横向坐标轴的交点分别为其开启电压的大小。经计算开启电压为3.15V、3.18V、3.22V、3.24V、3.28V分别对应的量子点密度为1.0×10¹¹cm^-2、3.0×10¹¹cm^-2、5.0×10¹¹cm^-2、7.0×10¹¹cm^-2、9.0×10¹¹cm^-2。可清楚的看到，在相同注入电流下，量子点密度越大，LED所需偏压越大；通过切线外推得到的开启电压也越大。图2为开启电压与量子点密度的变化关系。由此可见，通过LED开启电压的高低可以简单、快速的反映其中量子点密度的大小。

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，本专利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InGaN/GaN多量子阱发光二极管内部量子点密度的方法，其特征在于具体步骤如下：

A.将生长完成的InGaN/GaN多量子阱材料芯片，切割成普通发光二极管芯片大小，刻蚀出N型GaN电极层，并镀制具有欧姆接触的正负电极；

B.利用发光二极管I-V特性曲线测量仪测得不同InGaN/GaN多量子阱发光二极管在相同注入电流下的I-V特性曲线；

C.通过切线外推的方法获得不同InGaN/GaN多量子阱发光二极管的开启电压，开启电压V_{Turn_on}与量子点密度N_QD满足如下关系式：

$V_{\mathrm{Tum}\_\mathrm{on}}=3.32-0.19\·{\left(0.87\right)}^{N_{\mathrm{QD}}/{10}^{11}}$

然后利用计算机可很容易求得量子点密度N_QD大小。

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