TW201329435A - 用以改善發光二極體磊晶片之光激發光強度量測失真的量測系統與方法 - Google Patents

Abstract

本發明是關於一種用以改善發光二極體磊晶片之光激發光強度量測失真的量測系統。該系統包含：一移動式平台、一雷射光源、一光激發光光譜儀、一光感測器、以及一控制器。本發明亦關於一種用以改善發光二極體磊晶片之光激發光強度量測失真的量測方法。

Description

用以改善發光二極體磊晶片之光激發光強度量測失真的量測系統與方法

本發明是關於一種用以改善發光二極體磊晶片之光激發光強度量測失真的量測系統與方法。

在發光二極體的製造過程中，必須依照下游客戶所要求的規格來生產發光二極體，然而，經常因為製程變異而導致同一批甚至同一片發光二極體磊晶片上的發光特性可能具有些許的差異。這些差異往往會使後段發光元件產品的物性落在允收標準之外，而這些不符允收標準的產品勢必造成重大的損失。於是，在將發光二極體磊晶片製造成後段發光元件產品之前，必須依據下游客戶所要求的規格調整磊晶的製程。

一般而言，發光二極體的發光強度與波長是發光二極體分類的重要依據。吾人希望可藉由光激發光(PL，photoluminescence)光譜儀來取得發光二極體磊晶片的光激發光頻譜，進而取得該磊晶片上的波長與發光強度之分佈，之後吾人再可進一步依據所獲得的波長與發光強度來預估最終成品是否可以符合生產的規格。

此外，發光二極體磊晶片的發光強度分佈與波長之分佈亦可用於磊晶製程的品質監控。舉例而言，在以預定的製造條件來生產具有既定規格的發光二極體期間，可透過藉由光激發光頻譜所獲得之發光強度分佈與波長分佈來判定此製造條件是否落在規範之內。具體來說，若藉由量測所得之發光強度分佈與波長分佈均勻且是符合既定規格時，則吾人可判定此製造條件是落在規範之內；反之，則需對此磊晶條件或機台狀況進行修正。

然而，發光二極體磊晶片在磊晶之後往往會有磊晶片翹曲(bowing)的情形，因而造成光激發光光譜儀在測量發光強度時，由於光路偏移導致發光二極體發光量測結果產生誤差，因此在發光強度的分佈資料上，無法回饋給磊晶工程師正確、有用的資訊。

圖1顯示因為磊晶片翹曲而導致光激發光光譜儀無法測量到完整之光激發光強度之情形的示意圖。如圖1所示，發光二極體磊晶片是配置在量測平台上，其中發光二極體磊晶層是形成在此磊晶片上。當進行量測時，此發光二極體磊晶片可受到入射雷射光的照射，以使形成於其上的磊晶層產生光激發光。之後，由此磊晶層所發出的光，經由光學鏡組，進入到光譜儀的狹縫內，以進行光激發光的量測。典型上，此狹縫具有約25～50 μm的寬度(W)。在量測期間，此平台可在如箭頭C所示的方向上從A位置(於此位置的磊晶片以及平台是以實線表示)移動到B位置(於此位置的磊晶片以及平台是以虛線表示)。如上所述，發光二極體磊晶片經常會在磊晶之後產生翹曲，因此當磊晶片從A位置移動到B位置時，會因為磊晶片的翹曲而產生偏移的光激發光。由於此狹縫相當地小(例如僅具有約25～50 μm的寬度)，所以在B位置所產生的偏移光激發光無法精確地進入到此狹縫內，因而導致光譜儀無法接受到準確的發光強度。於是，所量測出的發光強度會小於實際的發光強度，並因此造成製造者誤判。因此，磊晶工程師不會把藉由光激發光光譜儀所量得的發光強度分佈圖當作參考，一般只取整片磊晶片之發光強度的平均值作為參考，這是屈就於機台限制不得不然的做法。

為解決上述問題，本案發明人已發展出能夠不受磊晶片翹曲影響而同時準確取得發光二極體磊晶片之光激發光的發光強度與發光波長量測結果的解決方案。

依照本發明之第一實施例，提供一種量測系統，其用以改善發光二極體磊晶片之光激發光的強度量測失真。該系統包含：一移動式平台，用以支撐一發光二極體磊晶片；一雷射光源，用以激發該發光二極體磊晶片，以使該發光二極體磊晶片產生一光激發光；一光激發光光譜儀，具有一狹縫，其中該光激發光是經由該狹縫進入到該光譜儀內；一光感測器，具有一濾光片以及一開口，其中該光激發光透過該開口進入到該光感測器內，以及該開口的直徑是大於該光譜儀之該狹縫的寬度；以及一控制器，耦合至該移動式平台、該雷射光源、該光激發光光譜儀、以及該光感測器。

依照本發明之第二實施例，提供一種用以改善發光二極體磊晶片之光激發光強度量測失真的量測方法，該方法是使用上述第一實施例之量測系統。該方法包含下列步驟：將一發光二極體磊晶片裝載於該移動式平台上；藉由該雷射光源來激發該發光二極體磊晶片，以使該發光二極體磊晶片產生一光激發光；以及將該光激發光導向該光激發光光譜儀以及該光感測器，其中導向該光譜儀的該光激發光是經由該光譜儀的該狹縫進入到該光譜儀內，以及其中導向該光感測器的該光激發光透過該光感測器的該開口進入到該光感測器內。

本發明之其他實施樣態以及優點可從以下與用以例示本發明原理範例之隨附圖式相結合的詳細說明而更顯明白。此外，為了不對本發明造成不必要的混淆，在本說明書中將不再贅述為人所熟知的元件與原理。

依照本發明之一實施例，圖2顯示用以改善發光二極體磊晶片之光激發光強度量測失真的量測系統1之示意圖。量測系統1可包含：一移動式平台3，用以支撐一發光二極體磊晶片5；一雷射光源7，用以激發發光二極體磊晶片5，以使發光二極體磊晶片5產生一光激發光(以實線表示)；一白光光源9，用以提供一導向發光二極體磊晶片5的白光(以虛線表示)，以使發光二極體磊晶片5產生一反射白光(以虛線表示)，其中光激發光與反射白光具有相同的光路；一光激發光光譜儀11，具有一狹縫(如圖1所示)，其中此光激發光以及此反射白光是經由此狹縫進入到光譜儀11內；一光感測器15，具有一濾光片17以及一開口(未圖示)，其中濾光片17用以濾除反射白光，俾能僅使光激發光透過此開口進入到光感測器15內；以及一控制器23，耦合至移動式平台3、雷射光源7、白光光源9、光激發光光譜儀11、以及光感測器15。雷射光源7可例如具有266、325、375、405、488、或532 nm的波長範圍。光感測器15之開口的直徑是遠大於光譜儀11之狹縫的寬度(一般僅為約25～50 μm)，例如光感測器15之開口的直徑可為約1 mm至約50 mm，較佳為約1 mm至約20 mm。光感測器15之開口的直徑可為此狹縫之寬度的約20至約2000倍。

如圖2所示，白光光源9可朝向分光鏡19發出白光，此白光可例如經由分光鏡19導向發光二極體磊晶片5的表面，此時發光二極體磊晶片5可產生反射白光；以及雷射光源3可朝向發光二極體磊晶片5提供入射光束以激發發光二極體磊晶片5，此時發光二極體磊晶片5可產生光激發光。然後，來自發光二極體磊晶片5的光激發光(以實線表示)以及反射白光(以虛線表示)可例如經由分光鏡21各自分成導向光譜儀11以及光感測器15的光束。具體而言，吾人可藉由上述方式使光激發光與反射白光具有相同的光路(optical path)。在本發明之其他實施例中可不包含白光光源9。

導向光感測器15的光激發光與反射白光可經過濾光片17，此濾光鏡可濾除反射白光而僅使光激發光進入到光感測器15內。導向光激發光光譜儀11的光激發光與反射白光可同時進入到光激發光光譜儀11內進行量測，或者可相繼進入到光激發光光譜儀11內進行量測。

所產生的光激發光與反射白光可被導向光激發光光譜儀11並且從光譜儀11的狹縫(如圖1所示)進入到光譜儀11內。然而，此狹縫一般僅具有約25～50 μm的寬度，因此如上所述，此光譜儀經常會因為磊晶片翹曲而產生失真的發光強度量測結果。依照本發明，光感測器15可彌補此種缺陷，即光感測器15是具有遠大於此狹縫寬度(約25～50 μm)的開口(具有約1 mm至約50 mm的直徑，較佳約1 mm至約20 mm)，因此即使發生磊晶片翹曲的情形，光感測器15仍可量測到因磊晶片翹曲而偏移之光激發光的發光強度。

控制器23可耦合至移動式平台3、雷射光源7、白光光源9、光激發光光譜儀11、以及光感測器15，以控制這些構件的操作。

以下依照本發明之另一實施例說明用以改善發光二極體磊晶片之光激發光強度量測失真的量測方法，以及此方法是使用圖2所示的量測系統1。此方法之示範流程圖100是顯示在圖3中。如圖3所示，示範流程圖100是起始於步驟101，於其中將發光二極體磊晶片5裝載於移動式平台3上。

在步驟103中，藉由雷射光源7來激發發光二極體磊晶片5，以使發光二極體磊晶片5產生一光激發光。

在步驟105中，藉由白光光源9來提供一導向發光二極體磊晶片5的白光，以使發光二極體磊晶片5產生一反射白光。在本發明之其他實施例中可不包含白光光源9，因此可略除步驟105。

上述步驟103與步驟105可以同步進行，或依次作業。

在步驟107中，將光激發光以及反射白光導向光激發光光譜儀11以及光感測器15。導向光譜儀11的光激發光以及反射白光是經由光譜儀11的狹縫進入到光譜儀11內。導向光感測器15的反射白光是藉由濾光片17加以濾除，俾能僅使導向光感測器15的光激發光透過光感測器15的開口進入到光感測器15內。

在本發明中，光激發光光譜儀11可用於發光二極體磊晶片5之相關發光波長與強度的量測(光源為雷射光源7)、以及磊晶層之相關厚度與表面反射率的量測(光源為白光光源9)，以及光感測器15可用於發光二極體磊晶片5之相關發光強度的量測。光感測器15可彌補光激發光光譜儀11在發光強度方面因磊晶片翹曲所造成的量測失真。因此，本發明之量測系統1可在不受到磊晶片翹曲影響的情況下，同時提供發光二極體磊晶片之相關厚度、相關反射率、相關發光波長、以及相關發光強度的準確量測及其分佈圖。

在一範例中，圖4A顯示利用光感測器來模擬發光二極體之發光強度的量測結果；而圖4B顯示利用光譜儀來模擬發光二極體之發光強度的量測結果。在圖4A與4B中是以三種磊晶片擺放位置來進行發光強度的模擬，具體來說，如圖4A與4B所示，(b)代表正常的擺放位置，(a)代表磊晶片左側向上傾斜1 mm的擺放位置，以及(c)則代表磊晶片右側向上傾斜1 mm的擺放位置，亦即，在圖4A與4B中是利用磊晶片的左、右側傾斜來模擬磊晶片的翹曲。吾人可清楚觀察到在圖4A中，(a)、(b)、(c)三個位置的發光強度量測結果並未出現明顯的變動；而在圖4B中，(a)、(b)、(c)三個位置的發光強度量測結果卻出現明顯的變動。因此，由此可知，利用光感測器的發光強度量測受到磊晶片翹曲的影響遠小於光譜儀的響應。

由於翹曲造成量測高度的差異，進而導致雷射激光位置的偏移，這是造成發光強度的偏差的主因。據此我們再用另一範例說明：圖5A顯示利用光感測器來量測磊晶片之發光強度的量測結果；而圖5B顯示利用光譜儀來量測磊晶片之發光強度的量測結果。在圖5A與5B中是以七個具有不同量測高度的磊晶片來進行發光強度的量測，具體來說，(1)代表正常位置，(2)代表比(1)高200 μm的位置，(3)代表比(1)高400 μm的位置，(4)代表比(1)高600 μm的位置，(5)代表比(1)低600 μm的位置，(6)代表比(1)低400 μm的位置，以及(7)代表比(1)低200 μm的位置，亦即，在圖5A與5B中是利用磊晶片的上升與下降來檢測磊晶片的翹曲量測結果。吾人可清楚觀察到在圖5A中，(1)-(7)的發光強度量測結果並未出現明顯的變動；而在圖5B中，(1)-(7)的發光強度量測結果卻出現明顯的變動，甚至有強度反轉的現象發生。此說明了利用光譜儀的發光強度量測是極易受到磊晶片翹曲-亦相當於量測時之Z軸(即，與磊晶片表面垂直的軸)高度變動的影響。

如上所述，吾人可有效利用光感測器來彌補光譜儀對於發光強度量測的不足，以即時提供發光二極體磊晶製程更為準確的製程資訊。

雖然本發明已參考較佳實施例及圖式詳加說明，但熟習本項技藝者可瞭解在不離開本發明之精神與範疇的情況下，可進行各種修改、變化以及等效替代，然而這些修改、變化以及等效替代仍落入本發明所附的申請專利範圍內。

1．．．量測系統

3．．．移動式平台

5．．．發光二極體磊晶片

7．．．雷射光源

9．．．白光光源

11．．．光激發光光譜儀

15．．．光感測器

17．．．濾光片

19．．．分光鏡

21．．．分光鏡

23．．．控制器

100．．．流程圖

101．．．將一發光二極體磊晶片裝載於一移動式平台上

103．．．藉由一雷射光源來激發該發光二極體磊晶片，以使該發光二極體磊晶片產生一光激發光

105．．．藉由一白光光源來提供一導向該發光二極體磊晶片的白光，以使該發光二極體磊晶片產生一反射白光

107．．．將該光激發光以及該反射白光導向一光激發光光譜儀以及一光感測器

圖1顯示因為磊晶片翹曲而導致光激發光光譜儀無法測量到完整之光激發光強度之情形的示意圖。

圖2顯示依照本發明之一實施例用以改善發光二極體磊晶片之光激發光強度量測失真之量測系統的示意圖。

圖3顯示依照本發明之另一實施例用以改善發光二極體磊晶片之光激發光強度量測失真之量測方法的示範流程圖。

圖4A顯示利用光感測器來模擬發光二極體之發光強度的量測結果。

圖4B顯示利用光譜儀來模擬發光二極體之發光強度的量測結果。

圖5A顯示利用光感測器來量測磊晶片之發光強度的量測結果。

圖5B顯示利用光譜儀來量測磊晶片之發光強度的量測結果。

1．．．量測系統

3．．．移動式平台

5．．．發光二極體磊晶片

7．．．雷射光源

9．．．白光光源

11．．．光激發光光譜儀

15．．．光感測器

17．．．濾光片

19．．．分光鏡

21．．．分光鏡

23．．．控制器

Claims (12)

1. 一種量測系統，用以改善發光二極體磊晶片之光激發光的強度量測失真，該系統包含：一移動式平台，用以支撐一發光二極體磊晶片；一雷射光源，用以激發該發光二極體磊晶片，以使該發光二極體磊晶片產生一光激發光；一光激發光光譜儀，具有一狹縫，其中該光激發光是經由該狹縫進入到該光譜儀內；一光感測器，具有一濾光片以及一開口，其中該光激發光透過該開口進入到該光感測器內，以及該開口的直徑是大於該光譜儀之該狹縫的寬度；及一控制器，耦合至該移動式平台、該雷射光源、該光激發光光譜儀、以及該光感測器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中該雷射光源具有266、325、375、405、488、或532 nm的波長範圍。
3. 如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中該開口的直徑為該狹縫之寬度的20至2000倍。
4. 如申請專利範圍第1項所述之量測系統，其中該開口具有1 mm至50 mm的直徑。
5. 如申請專利範圍第1至4項其中任一項所述之量測系統，更包含：一白光光源，耦合至該控制器並且用以提供一導向該發光二極體磊晶片的白光，以使該發光二極體磊晶片產生一反射白光，其中該光激發光與該反射白光具有相同的光路，以及其中該反射白光是經由該狹縫進入到該光譜儀內，並且可被該光感測器的該濾光片加以濾除。
6. 如申請專利範圍第5項所述之量測系統，其中該光激發光與該反射白光是同時進入到該光激發光光譜儀內進行量測。
7. 一種用以改善發光二極體磊晶片之光激發光強度量測失真的量測方法，該方法是使用如申請專利範圍第1項所述之量測系統，該方法包含下列步驟：將一發光二極體磊晶片裝載於該移動式平台上；藉由該雷射光源來激發該發光二極體磊晶片，以使該發光二極體磊晶片產生一光激發光；及將該光激發光導向該光激發光光譜儀以及該光感測器，其中導向該光譜儀的該光激發光是經由該光譜儀的該狹縫進入到該光譜儀內，以及其中導向該光感測器的該光激發光透過該光感測器的該開口進入到該光感測器內。
8. 如申請專利範圍第7項所述之用以改善發光二極體磊晶片之光激發光強度量測失真的量測方法，其中該雷射光源具有266、325、375、405、488、或532 nm的波長範圍。
9. 如申請專利範圍第7項所述之用以改善發光二極體磊晶片之光激發光強度量測失真的量測方法，其中該開口的直徑為該狹縫之寬度的20至2000倍。
10. 如申請專利範圍第7項所述之用以改善發光二極體磊晶片之光激發光強度量測失真的量測方法，其中該開口具有1 mm至50 mm的直徑。
11. 如申請專利範圍第7至10項其中任一項所述之用以改善發光二極體磊晶片之光激發光強度量測失真的量測方法，其中該量測系統更包含一與該控制器耦合的白光光源，藉由該白光光源來提供一導向該發光二極體磊晶片的白光，以使該發光二極體磊晶片產生一反射白光，將該反射白光導向該光激發光光譜儀，其中該反射白光是經由該光譜儀的該狹縫進入到該光譜儀內。
12. 如申請專利範圍第11項所述之用以改善發光二極體磊晶片之光激發光強度量測失真的量測方法，其中該光激發光與該反射白光是同時進入到該光激發光光譜儀內進行量測。