KR101513242B1 - 광소자의 내부양자효율을 측정하는 방법 및 장치 - Google Patents

광소자의 내부양자효율을 측정하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

광소자의 효율 측정방법이 개시된다. 광소자에 여기전류를 인가하여 광소자로부터의 방출광의 세기를 측정하고, 여기전류에 대한 방출광의 세기의 비로부터 상대발광효율을 계산하고, 최대 상대발광효율 및 최대 상대발광효율에 대응하는 최대 여기전류를 획득하고, 최대 여기전류 이하의 여기전류의 데이터들 및 최대 상대발광효율 이하의 상대발광효율의 데이터들로부터 광소자의 활성층 내의 캐리어 농도 변화에 대하여 광소자의 활성층 내의 재결합 계수의 변화량이 최소가 되는 기준 여기전류를 추출하고, 기준 여기전류에서 광소자의 기준 내부양자효율을 계산하고, 그리고 기준 내부양자효율로부터 다양한 여기전류에서의 광소자의 내부양자효율을 계산한다.

Description

광소자의 내부양자효율을 측정하는 방법 및 장치{Method and Apparatus for Measuring Internal Quantum Efficiency of LED}
본 발명은 광소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발광 다이오드의 내부양자효율을 측정하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED)는 소형, 저소비 전력, 고신뢰성의 특징을 구비하여 광원으로서 널리 이용되고 있다. 발광 다이오드는 InGaSaP, AlGaAs, GaAlP, GaP, InGaAlP, GaN 등의 화합물 반도체를 이용한다. 발광 다이오드는 화합물 반도체로 구성된 N형 반도체층, N형 반도체층 상의 활성층, 상기 활성층 상의 P형 반도체층을 포함한다. 발광 다이오드(light-emitting diode: LED)는 p-n 접합 다이오드의 일종으로, 순방향으로 전압이 인가될 때 빛이 방출되는 현상인 전기발광효과(electroluminescence)를 이용한 반도체 소자이다. 발광 다이오드로부터 방출되는 빛의 중심파장은 사용되는 반도체의 밴드 갭 에너지(bandgap energy: Eg)에 의해 결정된다.
발광다이오드의 특정온도 (예컨데, 상온)에서의 내부양자효율의 측정 방법으로서는 온도의존전기발광효율(TDEL; Temperature Dependent Electroluminescence) 방법이 가장 일반적으로 통용되고 있다. 이 방법은 극저온(약 10K 이하)에서 여기전류(I)에 따른 방출광의 세기(P)의 비율로 정의된 상대발광효율(η)(즉, η=P/I)이 최대가 되는 조건, 즉 최대 상대발광효율(η max ) (즉, η max = P max / I max ) 값을 갖는 최대 여기전류(I max )에서, 내부양자효율(η IQE )이 100%가 된다고 가정한다. 또한 특정 온도(예컨대, 상온)에서 임의의 여기전류(I)에서의 내부양자효율(η IQE )은 동일한 조건에서의 상대발광효율(η=P/I)과 극저온에서의 최대 상대발광효율(η max =P max / I max )의 비, 즉 (P/I)/( P max / I max )로부터 얻어진다. 그러나, 극저온일수록 내부양자효율을 100%로 가정할 수 있는 경우는 온도가 낮아짐에 따라 상대발광효율의 최대값이 특정 최대값으로 점점 증가하는 경우에 제한된다. 또한, 온도를 극저온에서 상온까지 변화시키는 것에 매우 장시간 (약 5 ~ 6 시간)이 소요되며 온도 테스트를 위한 고가의 장치가 필요하다. 온도 테스트를 위한 장치의 챔버의 크기 한계로 인하여 웨이퍼의 극히 일부분만을 잘라 측정하여야 하므로 전체 웨이퍼의 내부양자효율을 측정할 수 없다. (단위시간당 자유공간으로 빠져나온 광자의 수)/(단위시간당 광소자에 주입된 전자의 수)로 정의되는 외부양자효율(η EQE )은 실험적 측정이 가능하다. 외부양자효율(η EQE )은 내부양자효율 (η IQE )과 광추출효율(η extraction )의 곱으로 정의되기 때문에, 내부양자효율을 측정할 수 있다면 내부양자효율과 광추출효율의 분리 측정이 가능하다.
본 발명은 발광 다이오드의 내부양자효율을 측정할 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 발광 다이오드의 내부양자효율을 측정할 수 있는 방법 및/또는 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 광소자의 효율 측정방법을 제공한다. 상기 방법은 광소자에 여기전류(I)를 인가하여 상기 광소자로부터의 방출광의 세기(P)를 측정하는 단계; 상기 여기전류(I)에 대한 상기 방출광의 세기(P)의 비(P/I)로부터 상대발광효율(η)을 계산하는 단계; 최대 상대발광효율 및 상기 최대 상대발광효율에 대응하는 최대 여기전류를 획득하는 단계; 상기 최대 여기전류 이하의 상기 여기전류의 데이터들 및 상기 최대 상대발광효율 이하의 상기 상대발광효율의 데이터들로부터, 상기 광소자의 활성층 내의 캐리어 농도 변화에 대하여 상기 광소자의 활성층 내의 재결합 계수의 변화량이 최소가 되는 기준 여기전류(I ref )를 추출하는 단계; 상기 기준 여기전류에서의 상기 광소자의 기준 내부양자효율(η IQE , ref )을 계산하는 단계; 및 상기 기준 내부양자효율(η IQE , ref )로부터, 다양한 여기전류에서의 상기 광소자의 내부양자효율(η IQE )을 계산하는 단계를 포함한다.
상기 기준 여기전류를 추출하는 단계는, 제 1 파라메타(x) 대한 제 2 파라메타(y)의 곡선
Figure 112013069253014-pat00001
에서 x에 대한 b의 미분이 최소가 되는 지점에서의 상기 제 2 파라메타(y)로부터, 상기 기준 여기전류(I ref )를 추출하는 단계를 포함하고, 상기 제 1 파라메타(x)는
Figure 112013069253014-pat00002
, 상기 제 2 파라메타(y)는
Figure 112013069253014-pat00003
이고, 여기서, I는 상기 여기전류, I normal 는 상기 최대 여기전류 이하의 표준 여기전류, P는 상기 방출광의 세기, P normal 는 I normal 에서의 표준 방출광의 세기이다.
상기 기준 여기전류(I ref )에서의 상기 광소자의 내부양자효율(η IQE , ref )은
Figure 112013069253014-pat00004
이고, 여기서, a ref 는 상기 기준 여기전류(I ref )에서의 a의 값, b ref 는 상기 기준 여기전류(I ref )에서의 b의 값, 및 P ref 는 상기 기준 여기전류(I ref )에서의 방출광의 세기이다.
상기 다양한 여기전류(I)에서의 상기 광소자의 내부양자효율(η IQE )은
Figure 112013069253014-pat00005
이고, 여기서 η는 상기 여기전류(I)에서의 P/I로 계산되는 상대발광효율, η ref 은 상기 기준 여기전류(I ref )에서의 P ref / I ref 로 계산되는 상대발광효율이다.
본 발명은 광소자의 효율 측정장치를 제공한다. 상기 장치는 광소자에 여기전류를 인가하여 상기 광소자로부터의 방출광의 세기를 측정하는 광 측정부; 및 제 1 파라메타(x) 대비 제 2 파라메타(y) 곡선의 이차 미분값이 최소가 되는 기준 여기전류를 추출하고, 상기 기준 여기전류에서의 상기 광소자의 내부양자효율을 계산하고, 상기 기준 여기전류에서의 상기 광소자의 내부양자효율로부터 다양한 여기전류에서의 상기 광소자의 내부양자효율을 계산하는 연산부를 포함하고, 상기 제 1 파라메타(x)는
Figure 112013069253014-pat00006
, 상기 제 2 파라메타(y)는
Figure 112013069253014-pat00007
이고, 여기서, I는 상기 여기전류, I normal 는 상기 최대 여기전류 이하의 표준 여기전류, P는 상기 방출광의 세기, P normal 는 I normal 에서의 표준 방출광의 세기이다.
상기 기준 여기전류(I ref )는, 제 1 파라메타(x) 대한 제 2 파라메타(y)의 곡선
Figure 112013069253014-pat00008
에서 x에 대한 b의 미분이 최소가 되는 지점에서의 여기전류이다.
상기 기준 여기전류(I)에서의 상기 광소자의 내부양자효율(η IQE , ref )은
Figure 112013069253014-pat00009
이고, 여기서, a ref 는 상기 기준 여기전류(I ref )에서의 a의 값, b ref 는 상기 기준 여기전류(I ref )에서의 b의 값, 및 P ref 는 상기 기준 여기전류(I ref )에서의 방출광의 세기이다.
상기 다양한 여기전류(I)에서의 상기 광소자의 내부양자효율(η IQE )은
Figure 112013069253014-pat00010
이고, 여기서 η는 상기 여기전류(I)에서의 P/I로 계산되는 상대발광효율, η ref 은 상기 기준 여기전류(I ref )에서의 P ref / I ref 로 계산되는 상대발광효율이다.
본 발명의 개념을 이용하면, 발광다이오드의 생산 직후 단시간 내(약 5분)에 비파괴적으로 내부양자효율을 측정할 수 있으며, 칩 또는 패키지 상태에서의 외부양자효율로부터 내부양자효율을 분리 측정할 수 있다. 발광다이오드의 효율들을 분리 가능하므로, 발광다이오드 생산 시의 불량의 원인을 간단하게 진단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광소자의 효율 측정장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내부양자효율을 구하는 흐름도이다.
도 3은 발광 다이오드에 여기전류를 주입하여 측정된 방출광의 세기의 그래프이다.
도 4a는 도 3으로부터 얻어진 여기전류에 대한 상대발광효율(η)의 그래프이다.
도 4b는 도 4a에 대응하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 모델에 따른 x-y 그래프이다.
도 6은 바로 인접하게 측정된 두 지점들 A1 및 A2에서의 데이터들로부터 두 개의 1차 방정식들을 도시한다.
도 7은 x에 대한 a 및 b의 결과 및 이에 대한 미분을 도시한다.
도 8은 계산된 여기전류-내부양자효율의 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 연산부의 상세를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 절대온도 근처에서의 최대 상대발광효율 대비 다수의 온도들에서의 상대발광효율들의 비를 도시한다.
도 11은 본 발명의 모델에 따라 얻어진 다수의 온도들에서의 내부양자효율들을 도시한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들은 광소자(예를 들어, 발광 다이오드)의 내부양자효율을 상온 또는 항온에서 비파괴적으로 측정하는 방법을 개시한다. 발광 다이오드의 캐리어는 여기전류에 의하여 여기되고, 재결합을 통하여 방출광의 형태로 에너지를 잃는다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 광소자의 내부양자효율 측정장치(100)를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하여, 광소자의 내부양자효율 측정장치(100)는, 중앙 제어부(110), 광소자(140)에 여기 전류를 인가하기 위한 전류 공급부(120), 및 광 측정부(130)를 포함한다. 광 측정부(130)는 광 센서(131) 및 광 섬유(132)를 포함할 수 있다. 광소자(140)는 발광다이오드 칩 또는 패키지된 발광다이오드일 수 있다.
중앙 제어부(110)는 광 측정부(130)의 동작을 제어하고, 전류 공급부(120)를 통한 여기전류의 인가에 따라 광소자(140)로부터의 방출 광의 세기를 수집하여 광소자의 내부양자효율을 계산할 수 있다. 중앙 제어부(110)는 광소자의 내부양자효율을 계산하기 위한 연산부(111)를 포함할 수 있다. 광 측정부(130)는 중앙 제어부(110)와 필요한 데이터를 주고 받을 수 있다. 중앙 제어부(110)는 전류 공급부(120)에 제어 신호를 전달하여 필요한 세기의 전류가 광소자(140)에 주입될 수 있도록 할 수 있다. 또한, 광 측정부(130)는 광소자(140)로부터의 방출 광을 검출하여 방출 광의 세기에 해당하는 소정 전기적 신호를 발생시켜 중앙 제어부(110)로 전달할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 내부양자효율을 구하는 흐름도이다.
도 3 내지 도 8을 참조하여, 도 1의 연산부에서의 여기전류의 세기의 변화에 따른 광소자의 내부양자효율을 계산하는 방법이 설명된다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 발광 다이오드의 방출광의 세기(P)는 발광 다이오드에 여기전류(I)를 주입하여 측정될 수 있다. (S10)
발광 다이오드의 성능의 지표로서 외부양자효율(external quantum efficiency, η EQE )이 주로 사용된다. 외부양자효율은 다음의 수학식 1과 같이 광추출효율(light extraction efficiency, η extaction )과 주입효율(injection efficiency, η i njecti on )과 발광효율(radiative efficiency, η radiative )의 곱으로 표현될 수 있다.
Figure 112013069253014-pat00011
여기서, 발광효율(η radiative )과 주입효율(η injection )의 곱을 내부양자효율(internal quantum efficiency, η IQE )로 정의하며, 발광효율(η radiative )은 일반적으로 수학식 2와 같은 캐리어 율 방정직(carrier rate equation)으로 표현된다. 따라서, 외부양자효율(η EQE )은, 수학식 2와 같이, 내부양자효율(η IQE )과 광추출효율(η extaction )의 곱으로 표현될 수 있다.
Figure 112013069253014-pat00012
여기서, 외부양자효율(η EQE )은 (단위시간당 자유공간으로 빠져나온 광자의 수)/(단위시간당 광소자에 주입된 전자의 수), 내부양자효율(η IQE )은 (단위시간당 광소자의 활성층에서 생성된 광자의 수)/(단위시간당 광소자에 주입된 전자의 수), 주입효율(η injection )은 (단위시간당 광소자의 활성층으로 주입되는 전자의 수)/(단위시간당 광소자에 주입된 전자의 수), 발광효율(η radiative )은 (단위시간당 광소자의 활성층에서 생성된 광자의 수)/(단위시간당 광소자의 활성층으로 주입된 전자의 수), 광추출효율(η extaction )은 (단위시간당 자유공간으로 빠져나온 광자의 수)/(단위시간당 광소자의 활성층에서 생성된 광자의 수)로 정의될 수 있다. 수학식 2의 발광효율을 나타내는 캐리어 율방정식 (carrier rate equation)에서 A는 비발광재결합 계수, B는 발광재결합 계수, N은 활성층의 캐리어 농도를 나타낸다. A와 B는 N에 대한 함수로 표현된다. 이하에서는, 전술한 절대 광량에 의한 외부양자효율 대신 상대 광량의 증가 비율를 이용한 상대발광효율의 개념을 사용한다.
도 2 및 도 4a를 참조하여, (방출광의 세기)/(여기전류), 즉 P/I에 의하여 상대발광효율(η)이 계산될 수 있다.(S20) 도 4b로부터, 최대 상대발광효율(η max ) 및 최대 상대발광효율에 대응하는 최대 여기전류(I max )를 획득한다.(S30)
도 4b에서 최대 상대발광효율(η max ) 이하의 여기전류의 영역에서는 상대발광효율의 변화는 거의 발광효율(η radiative )의 변화에 의하여 결정된다. 광추출효율(η extaction )은 광소자 구조 모양에 의하여 정해지기 때문에 주입전류 량에 따라 변하지 않는 일정한 상수 값으로 취급될 수 있다. 또한, 광소자에 전류를 흘리기 시작하는 단계에서는 전극으로부터 여기 주입된 전자들은 우선적으로 위치에너지가 가장 낮은 활성층 영역에 도달하여 재결합하기 시작하기 때문에 주입효율은 100%에 가까운 상태가 된다. 아래의 수학식들의 전개는 전류변화에 따라 주입효율 및 광추출효율의 변화가 발광효율 변화 보다 충분히 작아서 상수로 취급할 수 있는 구간에서 고려된다. 이때, 고려되는 여기전류(I)는 최대 상대발광효율(η max )에 대응하는 최대 여기전류(I max ) 이하이다. 즉, 본 발명에서 우선적으로 고려되는 데이터들의 범위는 0 < I < I max 의 범위(이하, 고려 구간)이다.
방출 광의 세기(P)는, 수학식 3과 같이 발광재결합과정을 자유캐리어의 이분자재결합 과정으로 나타낼 경우, 발광 재결합 계수(B)와 활성층의 캐리어 농도(N)의 제곱의 곱의 형태로 표현될 수 있다.
Figure 112013069253014-pat00013
여기서, V a 는 발광다이오드 활성층의 체적, q는 전자의 전하량, η c 는 발광소자와 수광소자 사이의 광결합효율을 나타낸다. 표준 여기전류(I normal )는 최대 여기전류(I max ) 이하에서의 해석시 필요한 정규화의 기준이 되는 여기전류이다. 표준 여기전류(I normal )에서 측정한 방출광의 세기(P)를 표준 방출광의 세기(P normal ) 라 정의한다. 표준 여기전류(I normal )에서의 상대발광효율을 표준 상대발광효율(η normal ) (즉, η n orm al = P normal / I normal )이라 정의한다. 이하의 실시 예에서는, 최대 상대발광효율(η max )에 대응하는 최대 여기전류(I max )를 표준 여기전류(I normal )로 하여 (즉, I normal = I max ) 데이터를 얻었다. 표준 방출광의 세기(P normal )는 다음의 수학식 4로 표현될 수 있다.
Figure 112013069253014-pat00014
여기서, N normal은 표준 여기전류(I normal )에서의 캐리어 농도이다. 수학식 3을 수학식 4로 나누어, 캐리어 농도(N)를 방출 광의 세기(P)와 발광 재결합 계수(B)만으로 표현할 수 있으며, 이는 다시 아래의 수학식 5와 같이 표현된다.
Figure 112013069253014-pat00015
Figure 112013069253014-pat00016
한편, 수학식 2 및 수학식 3으로부터, 여기전류(I)는 다음의 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112013069253014-pat00017
표준 여기전류(I normal )에서, 다음의 수학식 7로 표현된다.
Figure 112013069253014-pat00018
수학식 6을 수학식 7로 나누어, 여기전류(I)를 발광 재결합 계수(B), 비발광 재결합 계수(A)와 캐리어 농도(N)에 관한 식으로 표현할 수 있다. 이는 수학식 8과 같이 표현된다.
Figure 112013069253014-pat00019
수학식 8에 수학식 5의 캐리어 농도(N)를 대입하면, 다음의 수학식 9로 표현된다.
Figure 112013069253014-pat00020
수학식 9를 간단히 표현하면 수학식 10과 같이 표현된다.
Figure 112013069253014-pat00021
여기서,
Figure 112013069253014-pat00022
,
Figure 112013069253014-pat00023
여기서, a는 A(N), B(N)에 따라 변하는, 캐리어 농도(N)에 대한 함수이다. b는 캐리어 농도(N)에 따라 변하지 않는 상수이다. 다시 말하면, 수학식 10으로 표현된 수학적 모델이 적용 가능한 경우는 b의 계수가 상수가 되어야 함을 의미한다. 수학식 10에서 I/ I normal 와
Figure 112013069253014-pat00024
은 외부에서 측정 가능한 값들이다. 이때,
Figure 112013069253014-pat00025
,
Figure 112013069253014-pat00026
이다. 그러므로, 도 5를 참조하여, 발광다이오드의 여기전류-방출광의 세기 특성으로부터, y = I/ I normal ,
Figure 112013069253014-pat00027
로 정의되는 x-y 그래프를 얻을 수 있다.
a 및 b의 변화율은 x와 y의 변화율에 비하여 매우 작다. 따라서, 도 6을 참조하여, 바로 인접하게 측정된 두 지점들 A1 및 A2에서의 데이터들(x1, y1, x2, y2)로부터 두 개의 1차 방정식들(y 1 = ax 1 + bx 1 2 및 y 2 = ax 2 + bx 2 2 )을 얻을 수 있다. 2원 1차 방정식을 풀면 두 지점들(A1과 A2) 사이의 구간에서의 a 및 b가 얻어질 수 있다. 이러한 a 및 b는 다른 지점들(즉, 0 < I < I max 의 범위)에서 또한 얻어질 수 있다. 도 7은 고려 구간에서의 x에 대한 a 및 b의 결과를 도시한다.
도 7을 참조하여, a 및 b 모두 캐리어 농도(N)에 따른 변수이다. 수학식 3 및 수학식 10으로부터, x축은 캐리어 농도(N)에 단조 비례한다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 모델에 따르면, a 는 캐리어 농도(N)에 대한 함수로 표현되는 것이 타당하나, b 는 캐리어 농도(N)에 의존하지 않는 상수로 표현되어야 한다. 여기서는 b의 캐리어 농도(N)에 대한 변화율이 가장 작은 지점(상수로 표현이 가능한 지점), 즉 x에 대한 b의 미분이 최소가 되는 지점(즉, zero에 근접한 지점)을 기준점으로 가정한다. 다른 말로, 제 1 파라메타(x) 대비 제 2 파라메타(y) 곡선의 이차 미분값이 최소가 된다. 이러한 기준점에서, 수학식 2에서 제시한 모델이 가장 잘 부합할 수 있다. 기준점에서의 여기전류(I)는 기준 여기전류(I ref )로 정의된다.(S40) 따라서, 기준 여기전류(I ref )에서, 수학식 2에서 제시된 모델로 기준 내부양자효율(η IQE , ref )을 계산하면, 수학식 11로 표현될 수 있다.(S50)
Figure 112013069253014-pat00028
여기서, a ref , b ref , 및 P ref 는 각각 기준 여기전류(I ref )에서의 파라메타 a, 파라메타 b 및 방출광의 세기(P)이다.
기준 내부양자효율(η IQE , ref )을 이용하여, 나머지 다양한 여기전류(I)에서의 내부양자효율(η IQE )을 얻을 수 있다. 수학식 12 참조하여, 측정된 전체의 여기전류(I)-내부양자효율(η IQE ) 특성을 얻을 수 있다. (S60)
Figure 112013069253014-pat00029
여기서, η와 η ref 는 각각 여기전류(I)와 기준 여기전류(I ref )에서 측정된 상대발광효율들이다. 도 8은 수학식 12에 의하여 계산된 여기전류-내부양자효율의 그래프이다. 실제로 측정된 도 2의 그래프와 매우 일치한다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 연산부의 상세를 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하여, 도 1의 중앙 제어부를 구성하는 연산부(111)의 광소자의 효율의 계산이 설명된다. 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 연산부(111)는 전술한 도 2의 단계들을 수행할 수 있다. 연산부(111)는 데이터 입력부(112), 외부양자효율 계산부(113), 최대 여기전류 계산부(114), 기준 여기전류 세기 추출부(115), 기준 내부양자 효율 계산부(116), 및 내부양자 효율 계산부(117)를 포함할 수 있다.
데이터 입력부(112)는 광 측정부(130)로부터 출력되는 방출광의 세기(P)를 수집한다. 상대발광효율 계산부(113)는, S20에서와 같이, 여기전류(I)에 대한 방출광의 세기(P)의 비(P/I)로부터 상대발광효율을 계산한다. 최대 여기전류 계산부(114)는, S30에서와 같이, 상대발광효율 계산부(113)에서의 상대발광효율 데이터로부터 최대 상대발광효율 및 이에 대응하는 최대 여기전류(I max )를 획득한다. 기준 여기전류 추출부(115)는, S40에서와 같이, 기준 여기전류(I ref )를 추출한다. 기준 내부양자효율 계산부(116)는, S50에서와 같이, 기준 여기전류에서의 광소자의 내부양자효율(η IQE . ref )을 계산한다. 내부양자효율 계산부(117)는, S60에서와 같이, 다양한 여기전류들에서의 내부 양자효율(η IQE )을 계산한다.
도 10은 절대온도 근처에서의 상대발광효율 대비 다수의 온도들에서의 상대발광효율들의 비를 도시한다. 절대온도 근처에서 상대발광효율이 온도에 무관하게 포화된다. 이에 따라, 절대온도 근처에서의 캐리어의 발광재결합에 비하여 비발광재결합(A)에 의한 에너지 손실(loss)이 매우 작아 내부양자효율을 100%로 가정할 수 있음을 의미한다. 도 10은 상기의 관점에 근거한 온도의존전기발광효율(TDEL) 방법을 통하여 다수의 온도에 대하여 얻어진 내부양자효율 측정결과이다.
도 11은 본 발명의 모델에 따라 얻어진 다수의 온도들에서의 내부양자효율들을 도시한다. 도 8에서 얻어진 결과는 도 10의 실제 측정 데이터와 매우 일치한다.
본 발명의 개념을 이용하면, 발광다이오드의 생산 직후 단시간 내(약 5분)에 비파괴적으로 내부양자효율을 측정할 수 있으며, 칩 또는 패키지 상태에서의 상대발광효율(η)로부터 내부양자효율(η IQE . ref )을 분리 측정할 수 있다. 따라서, 발광다이오드의 효율들을 분리해냄으로써, 발광다이오드 생산 시 어디가 잘못되어 불량이 발생한 것인지 등의 원인을 간단하게 진단할 수 있다.

Claims (8)

  1. 광소자에 여기전류(I)를 인가하여 상기 광소자로부터의 방출광의 세기(P)를 측정하는 단계;
    상기 여기전류(I)에 대한 상기 방출광의 세기(P)의 비(P/I)로부터 상대발광효율(η)을 계산하는 단계;
    최대 상대발광효율 및 상기 최대 상대발광효율에 대응하는 최대 여기전류를 획득하는 단계;
    상기 최대 여기전류 이하의 상기 여기전류의 데이터들 및 상기 최대 상대발광효율 이하의 상기 상대발광효율의 데이터들로부터, 상기 광소자의 활성층 내의 캐리어 농도 변화에 대하여 상기 광소자의 활성층 내의 재결합 계수의 변화량이 최소가 되는 기준 여기전류(Iref )를 추출하는 단계;
    상기 기준 여기전류(Iref )에서의 상기 광소자의 기준 내부양자효율(ηIQE,ref )을 계산하는 단계; 및
    상기 기준 내부양자효율(ηIQE,ref )로부터, 복수개의 여기전류(I)들에서의 상기 광소자의 내부양자효율(ηIQE )을 계산하는 단계를 포함하는 광소자의 효율 측정방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기준 여기전류(Iref )를 추출하는 단계는, 제 1 파라메타(x) 대한 제 2 파라메타(y)의 곡선
    Figure 112014084528994-pat00030
    에서 x에 대한 b의 미분이 최소가 되는 지점에서의 상기 제 2 파라메타(y)로부터, 상기 기준 여기전류(Iref )를 추출하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 파라메타(x)는
    Figure 112014084528994-pat00031
    , 상기 제 2 파라메타(y)는
    Figure 112014084528994-pat00032
    이고, 여기서, I는 상기 여기전류, Inormal 는 상기 최대 여기전류 이하의 표준 여기전류, P는 상기 방출광의 세기, Pnormal 는 Inormal 에서의 표준 방출광의 세기인 광소자의 효율 측정방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 기준 여기전류(I ref )에서의 상기 광소자의 기준 내부양자효율(η IQE , ref )은
    Figure 112013069253014-pat00033
    이고, 여기서, a ref 는 상기 기준 여기전류(I ref )에서의 a의 값, b ref 는 상기 기준 여기전류(I ref )에서의 b의 값, 및 P ref 는 상기 기준 여기전류(I ref )에서의 방출광의 세기인 광소자의 효율 측정방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 복수개의 여기전류(I)들에서의 상기 광소자의 내부양자효율(ηIQE )은
    Figure 112014084528994-pat00034
    이고, 여기서 η는 상기 여기전류(I)에서의 P/I로 계산되는 상대발광효율, ηref 은 상기 기준 여기전류(Iref )에서의 Pref/Iref 로 계산되는 상대발광효율인 광소자의 효율 측정방법.
  5. 광소자에 여기전류(I)를 인가하여 상기 광소자로부터의 방출광의 세기를 측정하는 광 측정부; 및
    제 1 파라메타(x) 대비 제 2 파라메타(y) 곡선의 이차 미분값이 최소가 되는 기준 여기전류(Iref )를 추출하고, 상기 기준 여기전류(Iref )에서의 상기 광소자의 내부양자효율(ηIQE )을 계산하고, 상기 기준 여기전류(Iref )에서의 상기 광소자의 내부양자효율(ηIQE )로부터 복수개의 여기전류(I)들에서의 상기 광소자의 내부양자효율(ηIQE )을 계산하는 연산부를 포함하고,
    상기 제 1 파라메타(x)는
    Figure 112014084528994-pat00035
    , 상기 제 2 파라메타(y)는
    Figure 112014084528994-pat00036
    이고, 여기서, I는 상기 여기전류, 최대 여기전류는 최대 상대발광효율 및 상기 최대 상대발광효율에 대응하는 여기전류, Inormal 는 상기 최대 여기전류 이하의 표준 여기전류, P는 상기 방출광의 세기, Pnormal 는 Inormal 에서의 표준 방출광의 세기인 광소자의 효율 측정장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 기준 여기전류(I ref )는, 제 1 파라메타(x) 대한 제 2 파라메타(y)의 곡선
    Figure 112013069253014-pat00037
    에서 x에 대한 b의 미분이 최소가 되는 지점에서의 여기전류인 광소자의 효율 측정장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 기준 여기전류(Iref )에서의 상기 광소자의 기준 내부양자효율(ηIQE,ref )은
    Figure 112014084528994-pat00038
    이고, 여기서, aref 는 상기 기준 여기전류(Iref )에서의 a의 값, bref 는 상기 기준 여기전류(Iref )에서의 b의 값, 및 Pref 는 상기 기준 여기전류(Iref )에서의 방출광의 세기인 광소자의 효율 측정장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수개의 여기전류(I)들에서의 상기 광소자의 내부양자효율(ηIQE )은
    Figure 112014084528994-pat00039
    이고, 여기서 η는 상기 여기전류(I)에서의 P/I로 계산되는 상대발광효율, ηref 은 상기 기준 여기전류(Iref )에서의 Pref/Iref 로 계산되는 상대발광효율인 광소자의 효율 측정장치.
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