JP2020502825A - 発光ダイオード(led)検査装置及び製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
C’FP=εo×εr/td (1)
の静電容量を形成し、式中、
C’FPは、フィールド・プレートの単位面積当たりの静電容量(F/cm2)であり、
εoは、真空誘電率(8.854×10-14F/cm)であり、
εrは、誘電体層の比誘電率(無次元)であり、
tdは、誘電体層の厚さ(cm)である。
C’間隙=εo×εr/t間隙 (2)
であり、式中、
C’間隙は、間隙の単位面積当たりの静電容量(F/cm2)であり、
εoは、真空誘電率(8.854×10-14F/cm)であり、
εrは、間隙媒体の比誘電率(無次元)であり、
t間隙は、間隙の厚さ(cm)であり、
CEFF=AEFF×(C’FP×C’間隙)/(C’FP+C’間隙) (3)、
C’EFF=(C’FP×C’間隙)/(C’FP+C’間隙) (4)
であり、式中、
CEFFは、LEDデバイス実効結合静電容量(F)であり、
C’EFFは、単位面積当たりのLEDデバイス実効結合静電容量(F/cm2)であり、
AEFFは、LEDデバイス実効面積(cm2)である。
ILED=CEFF×dV/dt (5)、
JLED=C’EFF×dV/dt (6)
として容易に計算され、dV/dtは、電圧源510と図5Aの共通電極507(又は図5Bの陰極接点)との間の電圧変化率である。この特定の実施形態に関し、LED512は、陽極から陰極に接続されるが、陰極から陽極への注入は、全ての電圧極性を逆にすることによって可能である。
Popt=ηEXT×Pelec=ηEXT×ILED×VF=ηEXT×CEFF×dV/dt×VF (7)
として電力に関連し、式中、
Popt=LED光出力(W)であり、
ηEXT=LED外部量子効率であり、
VF=LED順方向電圧降下(V)であり、
期間Δt=t1−t0(段階I)にわたり:
Eopt=ηEXT×CEFF×dV/dt×VF×Δt (8)
であり、式中、
Eopt=段階1の間に放出されたLED光エネルギー(J)
である。
a.(過剰な暗騒音及び信号飽和を伴わずに、対象とする動作範囲を通じてLEDを正確に測定することを可能にする)画素感度及び動作範囲。
b.(処理量及びLED並行測定を向上させる)高画素密度及びフレーム率。
c.グローバル・シャッタ及び柔軟な作動(全ての画素を同じ期間にわたり作動し、統合させなければならない)
を満たさなければならない。これらの基準に合致する産業用カメラの一例は、PointGrey Research Inc.、カナダ、ブリティッシュコロンビア州、リッチモンド製のモデルGS3−U3−23S6M−Cである。このカメラは、2.3メガピクセル(1920×1200)の単色カメラであり、グローバル・シャッタ、5μ秒から31.9秒の露光範囲、毎秒160超のフレーム・レート、1/1.2インチのセンサ・フォーマット、12ビットのデジタル化、5.86μmの画素サイズ、72dBの動作範囲、76%の量子効率(525nm)、約32,000個の電子のe飽和力、及び約7e−の一時的暗騒音を有する。カメラは、単独で使用しても、nxmカメラを使用してより大型のフィールド・プレート領域を同時に測定するマトリックス構成で使用しても、必要な精度で多数のLEDデバイスを測定する能力を有する。
Eopt=ηEXT×CEFF×ΔV×VF (9)
として単純化することができる。
a.GaN LED(約410nmの発光及び65%のカメラ量子効率)
b.VF 約3V
c.Eopt=170nJ/cm2(ηEXT約10%)
を仮定する。段階Iの間、光子あたり約3eVで、約3.5×1011光子/cm2を放出する。カメラ内で生成し得る、対応する光電子の数は、0.65×3.5×1011光子/cm2又は2.3×1011光電子/cm2となる(センサ対フィールド・プレートは1:1の倍率と仮定する)。この倍率において、5.86μm画素サイズは、78,000個超の電子を依然として捕捉し、画素飽和容量の2倍を超える。カメラごとにより低い統合光電子数が望ましい場合、より低いV1電圧を選択することができる。
1.フィールド・プレート:3μmシリコン二酸化物、C’EFF=1.15nF/cm2
2.10μm×10μmのLEDデバイス・サイズ:1.15fF CEFF、15pA逆方向漏れ電流
3.0.01A/cm2 電流密度検査点
4.V1=500V(0.01A/cm2電流密度注入を達成する60μ秒の傾斜時間)
5.60m秒の測定繰返し速度
6.LEDデバイスは、約10pAの逆方向漏れ電流が可能な標準的なダイオードである。
C’FP=εo×εr/td (10)
を形成し、式中、
C’FPは、フィールド・プレートの単位面積当たりの静電容量(F/cm2)であり、
εoは、真空誘電率(8.854×10-14F/cm)であり、
εrは、誘電体層の比誘電率(無次元)であり、
tdは、誘電体層の厚さ(cm)である。
R’FP=ρd×td(オームcm2) (11)
の通りに計算することができ、式中、
R’FPは、フィールド・プレートの単位面積当たりの抵抗(オームcm2)であり、
ρdは、フィールド・プレート誘電体層の抵抗率(オームcm)であり、
tdは、誘電体層の厚さ(cm)である。
C’間隙=εo×εr/t間隙 (12)
であり、式中、
C’間隙は、間隙の単位面積当たりの静電容量(F/cm2)であり、
εoは、真空誘電率(8.854×10-14F/cm)であり、
εrは、間隙媒体の比誘電率(無次元)であり、
t間隙は、間隙の厚さ(cm)であり、
CEFF=AEFF×(C’FP×C’間隙)/(C’FP+C’間隙) (13)
C’EFF=(C’FP×C’間隙)/(C’FP+C’間隙) (14)
であり、式中、
CEFFは、実効LEDデバイス結合静電容量(F)であり、
C’EFFは、単位面積当たりの実効LEDデバイス結合静電容量(F/cm2)であり、
AEFFは、実効LEDデバイス面積(cm2)であり、
間隙媒体分流抵抗器は、
R’間隙=ρ間隙×t間隙(オームcm2) (15)
であり、式中、
R’間隙は、間隙媒体の単位面積当たりの抵抗(オームcm2)であり、
ρ間隙は、間隙層の抵抗率(オームcm)であり、
t間隙は、間隙層の厚さ(cm)であり、
実効分流抵抗器は、
REFF=(R’FP+R’間隙)/AEFF (16)
として計算され、式中、
REFFは、実効結合分流抵抗(オーム)である。
1.デバイス・サイズ:25μm×25μm
2.フィールド・プレートは誘電体層を有さない。
3.間隙は、II型DI水(>1Mオームcm)を有する25μmである。
4.底部電極電圧源及びバイアス負荷抵抗器RLによって設定した10mA/cm2の標的DCバイアス
5.外部結合蓄電器CCを通じて上部フィールド・プレート電圧源によって駆動するAC(パルス)動作
6.検査面積5cm2。
LED(i,j)の質量中心=カメラ・データ位置(x.y)
を有し、式中、i、jは、各測定LEDに対する整数(i=1から960、j=1から600)である一方で、カメラ位置(x,y)は、センサ画素領域内の浮動小数点数(0<x<1920、0<y<1200)である。この質量中心マトリックスを展開した後、重み付き関数を使用する画像処理方法は、デジタル画像を利用し、重み付き関数を使用して抽出したデータ値セットを展開することができ、より多い重みが、物理的なLED質量中心位置に最も近いセンサ・データに与えられる。画像処理システムは、並行して、通常、フレーム率速度でこの重畳関数を達成することができる。したがって、好ましい実施形態では、LEDデータ値は、出力LEDデバイス(i,j)のマトリックス・データ値から構成され、このデータ値は、デジタル・カメラ・データに適用した質量中心重み付き関数を使用して計算される。
Claims (40)
- 支持基板の上に配設した発光デバイス構造体からの発光を観察する装置であって、前記支持基板は、表面からアクセス可能な第1の接点層、及び前記発光デバイス構造体の下にある第2の接点層を有し、前記装置は、
フィールド・プレート・デバイス、及び電圧を生成する電圧源並びに
検出器デバイス
を備え、前記フィールド・プレート・デバイスは、第1の面、及び前記第1の面に対向し、導電層を備える第2の面、並びに重なる誘電体層を有し、前記誘電体層は、前記発光デバイス構造体の前記第1の接点層の少なくとも一部分に極めて近接して配置し、前記電圧源は、第1の端子及び第2の端子を有し、前記第1の端子は、前記フィールド・プレート・デバイスの前記導電層に結合し、前記第2の端子は、接地電位に結合し、前記電圧源は、経時変化する電圧波形を生成し、前記フィールド・プレート・デバイスの前記誘電体層と前記発光デバイス構造体との間に電圧電位を生成し、前記発光デバイス構造体に電流を注入し、前記発光デバイス構造体に、ある電磁放射パターンで放出させることができ、
前記検出器デバイスは、前記発光デバイス構造体から得た前記電磁放射パターンの画像を形成するため、前記発光デバイス構造体に結合する、装置。 - 前記検出器デバイスは、前記支持基板の前記発光デバイス構造体上の位置に応じて、前記電磁放射パターンの観察可能なマップを生成するため、電磁放射を撮像することを含む、請求項1に記載の装置。
- 前記検出器デバイスは、カメラを備え、電気接点又は静電容量結合を使用して前記発光デバイス構造体の前記第2の接点層に結合する電気アクセスを更に備える、請求項2に記載の装置。
- 前記経時変化する電圧波形は、測定段階の間、選択した電流密度で前記発光デバイス構造体に順方向バイアスをかける、第1の電圧電位から第2の電圧電位までの電圧傾斜である、請求項1に記載の装置。
- 前記カメラは、前記発光デバイス構造体にわたり生成した全電磁放射の空間マップを生成するため、前記経時変化する電圧波形にわたる電磁放射を統合する、請求項3に記載の装置。
- 前記全電磁放射の空間マップは、以下の機能:信号平均化、閾値処理、ビン化のうち1つ又は複数を実施し、前記発光デバイス構造体の空間に依存する機能検査結果を展開するため、画像処理デバイスを使用して処理する、請求項5に記載の装置。
- 前記発光デバイス構造体の前記第1の接点層は、複数の個々に対処可能な発光デバイスを実現する材料除去方法を使用して分離する、請求項1に記載の装置。
- 前記発光デバイス構造体の前記第1の接点層及び前記第2の接点層は、複数の個々に対処可能な発光デバイスを実現する材料除去方法を使用して分離する、請求項1に記載の装置。
- 前記測定段階の後の前記経時変化する電圧波形は、リセット段階と呼ぶ期間にわたり前記第2の電圧電位から前記第1の電圧電位に戻り、前記リセット段階は、前記発光デバイス構造体の逆方向バイアス漏れ電流密度を使用し、損害を与える可能性がある過度の逆方向バイアス電圧を回避するように選択する、請求項4に記載の装置。
- 前記カメラは、複数のカメラの1つであり、前記カメラのそれぞれは、前記発光デバイス構造体の個別領域を撮像するように配置する、請求項3に記載の装置。
- 前記カメラ及びより小型のフィールド・プレートは、組立体であり、前記組立体は、より小さい検査領域を撮像し、より完全な検査範囲のためステップ・アンド・リピート式に機械的に割り送ることができる、請求項3に記載の装置。
- 前記フィールド・プレートは、前記支持基板とほぼ同じ面積寸法であり、前記フィールド・プレートのステップ・アンド・リピート式割り送りを伴わずに前記支持基板の実質的に完全な機能検査を可能にするように、前記支持基板の上に置かれる、請求項1に記載の装置。
- 前記フィールド・プレートは、封止体を使用して、前記フィールド・プレートの周辺付近に前記支持基板に極めて近接して置き、真空ポートを使用して間隙から空気を排気する、請求項12に記載の装置。
- 前記フィールド・プレートと前記支持基板との間の極めて近接する部分は、実際の接点である、請求項1に記載の装置。
- 前記フィールド・プレートと前記支持基板の間の極めて近接する部分に関し、気体、真空、液体又は固体のわずかな間隙が選択され、前記わずかな間隙は、前記発光デバイス構造体から形成するLEDデバイスの側方距離ほど大きくはない、請求項1に記載の装置。
- 前記フィールド・プレートと前記支持基板との間の極めて近接する部分に関し、気体、真空、液体又は固体のわずかな間隙が選択され、前記わずかな間隙は、前記発光デバイス構造体から形成するLEDデバイスの側方距離の10分の1未満の大きさである、請求項1に記載の装置。
- 前記わずかな間隙内の真空、気体、液体又は固体は、所望の変位電流を結合して前記発光デバイス構造体を励起するのに十分な誘電特性を呈する、請求項15又は16に記載の装置。
- 前記フィールド・プレート誘電体は、存在せず、十分な誘電体特性を呈する前記わずかな間隙内の真空、気体、液体又は固体は、所望の変位電流を結合して前記発光デバイス構造体を励起するように選択する、請求項17に記載の装置。
- 前記わずかな間隙内の気体、液体又は固体は、所望のバイアス電流を結合して前記発光デバイス構造体を励起する誘電特性及び限定された抵抗率を呈する、請求項15又は16に記載の装置。
- 前記フィールド・プレート誘電体は、存在せず、十分な誘電特性及び限定された抵抗率を呈する前記わずかな間隙内の真空、気体、液体又は固体は、所望の変位電流及びDCバイアス電流を結合して前記発光デバイス構造体を励起するように選択する、請求項15又は16に記載の装置。
- 前記わずかな間隙の材料は、0.01から18メグオームcmの間の抵抗率を有する脱イオン水である、請求項19又は20に記載の装置。
- 前記フィールド・プレート誘電体は、シリコン二酸化物、シリコン窒化物又はアルミナから選択する、請求項1に記載の装置。
- 光デバイスの製造方法であって、前記製造方法は、
複数のLEDデバイスを有する発光デバイス構造体を準備することであって、前記複数のLEDデバイスは、表面からアクセス可能な第1の面接点層及び前記発光デバイス構造体の下にある第2の接点層を有する支持基板の上に形成、配設する、準備すること;
フィールド・プレート・デバイスを前記発光デバイス構造体に結合することであって、前記フィールド・プレート・デバイスは、第1の面、及び前記第1の面に対向し、導電層を備える第2の面、並びに重なる誘電体層を有し、前記誘電体層は、前記発光デバイス構造体の前記第1の接点層の少なくとも一部分に極めて近接して配置し、前記誘電体層の表面領域と前記発光デバイス構造体の前記第1の接点層との間に空間間隙を形成するようにする、結合すること;
前記フィールド・プレート・デバイスの前記誘電体層と前記発光デバイス構造体との間に電圧電位を生成し、前記発光デバイス構造体内の前記LEDデバイスのそれぞれに電流を注入し、前記発光デバイス構造体が電磁放射パターンを放出するようにするため、電圧源から経時変化する電圧波形を生成すること;並びに
前記発光デバイス構造体に結合した検出器デバイスを使用して、前記発光デバイス構造体から得た前記電磁放射パターンの画像を捕捉すること
を含む方法。 - 前記検出器デバイスは、前記支持基板の前記発光デバイス構造体上の位置に応じて、電磁放射パターンの観察可能なマップを生成するため、電磁放射を撮像することを含む、請求項23に記載の方法。
- 検出器デバイスは、カメラを備える、請求項24に記載の方法。
- 前記経時変化する電圧波形は、測定段階の間、選択した電流密度で前記発光デバイス構造体に順方向バイアスをかける第1の電圧電位から第2の電圧電位までの電圧傾斜である、請求項23に記載の方法。
- 前記カメラは、前記発光デバイス構造体にわたり生成した全電磁放射の空間マップを生成するため、前記経時変化する電圧波形にわたる電磁放射を統合する、請求項25に記載の方法。
- 前記全電磁放射の空間マップは、以下の機能:信号平均化、閾値処理、ビン化のうち1つ又は複数を実施し、前記発光デバイス構造体の空間に依存する機能検査結果を展開するため、画像処理デバイスを使用して処理する、請求項27に記載の方法。
- 前記測定段階後の前記経時変化する電圧波形は、前記第2の電圧電位から前記第1の電圧電位に戻り、前記第2の電圧電位から前記第1の電圧電位への戻りは、前記発光デバイス構造体の逆方向バイアス漏れ電流密度を使用し、損害を与える可能性がある過度の逆方向バイアス電圧を回避するように選択する、請求項26に記載の方法。
- 前記発光デバイス構造体の前記第1の接点層は、複数の個々に対処可能な発光デバイスを実現する材料除去方法を使用して分離する、請求項23に記載の方法。
- 前記発光デバイス構造体の前記第1の接点層及び前記第2の接点層は、複数の個々に対処可能な発光デバイスを実現する材料除去方法を使用して分離する、請求項23に記載の方法。
- 前記フィールド・プレートと前記支持基板との間の極めて近接する部分は、実際の接点である、請求項23に記載の方法。
- 前記フィールド・プレートと前記支持基板との間の極めて近接する部分に関し、気体、真空、液体又は固体のわずかな間隙が選択され、前記わずかな間隙は、前記発光デバイス構造体から形成するLEDデバイスの側方距離ほど大きくはない、請求項23に記載の方法。
- 前記フィールド・プレートと前記支持基板との間の極めて近接する部分に関し、気体、真空、液体又は固体のわずかな間隙が選択され、前記わずかな間隙は、前記発光デバイス構造体から形成するLEDデバイスの側方距離の10分の1未満の大きさである、請求項23に記載の方法。
- 前記わずかな間隙内の真空、気体、液体又は固体は、所望の変位電流を結合して前記発光デバイス構造体を励起するのに十分な誘電特性を呈する、請求項33又は34に記載の方法。
- 前記フィールド・プレート誘電体は、存在せず、十分な誘電体特性を呈する前記わずかな間隙内の真空、気体、液体又は固体は、所望の変位電流を結合して前記発光デバイス構造体を励起するように選択する、請求項35に記載の方法。
- 前記わずかな間隙内の気体、液体又は固体は、所望のバイアス電流を結合して前記発光デバイス構造体を励起する誘電特性及び限定された抵抗率を呈する、請求項33又は34に記載の方法。
- 前記フィールド・プレート誘電体は、存在せず、十分な誘電特性及び限定された抵抗率を呈する前記わずかな間隙内の真空、気体、液体又は固体は、所望の変位電流及びDCバイアス電流を結合して前記発光デバイス構造体を励起するように選択する、請求項33又は34に記載の方法。
- 前記LEDデバイスの少なくとも1つを選択すること、及び前記LEDデバイスをパッケージングすることを更に含む、請求項23に記載の方法。
- 前記LEDデバイスの少なくとも1つを選択すること、及び前記LEDデバイスを部材基板上に解放することを更に含む、請求項23に記載の方法。
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