TWI641851B - 用於在發光二極體結構中之內部量子效率之非接觸量測的方法及裝置 - Google Patents

用於在發光二極體結構中之內部量子效率之非接觸量測的方法及裝置 Download PDF

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Abstract

一LED結構之一或多個電回應特性之非接觸量測包含：由一或多個光脈衝照明一發光二極體結構之一表面之一照明區域；由一發光感測器自該發光二極體結構之該照明區域內之一發光區域量測一發光信號之一暫態；在來自該發光二極體結構之該發光信號之該量測暫態之一第一時間判定一第一發光強度；在不同於來自該發光二極體結構之該發光信號之該量測暫態之該第一時間之一第二時間判定一第二發光強度；及基於該第一發光信號及該第二發光信號而自該發光二極體結構判定該發光信號之電致發光分量之一強度。

Description

用於在發光二極體結構中之內部量子效率之非接觸量測的方法及裝置 [相關申請案之交叉參考]
本申請案依據35 U.S.C.§119(e)來主張2013年9月14日申請之美國臨時申請案第61/877,949號及2014年1月29日申請之美國臨時申請案第61/933,284號之權利。美國臨時申請案第61/877,949號及美國臨時申請案第61/933,284號之全文以引用方式併入本文中。
本發明大體上係關於發光二極體結構中之各種電回應特性之非接觸量測，且特定言之，本發明係關於一種用於量測發光二極體結構之內部量子效率之非接觸技術。
對改良半導體器件特性技術之需要隨著對改良半導體器件之需求不斷增加而增加。半導體晶圓(諸如矽晶圓)在器件結構之製造中起重要作用。此等器件結構包含(但不限於)與發光二極體相關聯之半導體結構及相關特徵(例如MOCVD生長結構)。LED品質及製造控制之改良監測係發展先進半導體器件製造技術之關鍵。內部量子效率(IQE)係LED效能之一常用指標且對用於改良LED器件之良率及品質之FOEL程序控制而言很重要。
先前用於監測電致發光及IQE之一特性技術包含一彈簧加載探針接觸技術。2010年3月6日發佈之美國專利第7,679,381號、2011年12月21日申請之美國專利公開案第2013/0043875號及2011年12月21日申請之美國專利公開案第2013/0046496號中大體上描述彈簧加載接觸量測技術，該等案之全文各以引用方式併入本文中。彈簧加載接觸技術係基於由施加至一彈簧加載探針之一正向電壓激勵之電致發光強度之量測，參考一底部n層。由一第二探針透過晶圓之邊緣而建立至底部n層之連接。
此技術亦存在諸多缺點。此技術之一主要缺點在於：接近於探針之接觸區域之電致發光受阻於探針自身，且因此僅收集發光信號之周邊及散射部分。另外，此技術之另一缺點包含：無法考量p-n接面層中之橫向電流，其可引起電極區域外之電致發光之顯著擴展以導致一顯著貢獻之量測誤差。此外，此方法存在與污染、高接觸電阻、對準困難、存在粒子等等相關之量測假影。
顯然，先前技術包含諸多不足。因此，將期望提供一種糾正上文所識別之先前技術之此等不足之方法及系統。
根據本發明之一實施例，本發明揭示一種用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測的裝置。在一繪示性實施例中，該裝置包含一照明單元，其包含藉由一選定強度振幅之光而照明包含一發光二極體結構之一基板之一照明區域的一照明源，該光包含強度調變光或脈衝光之至少一者，該光適合於激勵該照明區域之該發光二極體結構之至少一第一區域內之光致發光。在一繪示性實施例中，該裝置包含一發光量測單元，其包含經組態以自該照明區域內之該LED結構之該第一區域量測一發光信號的至少一光學感測器。在一繪示性實施例中，該裝置包含一接面光電壓量測單元，其包含定位於該發光二極體結構接 近處且經組態以將光自該照明源傳輸至該LED結構之該第一區域的至少一第一透明電極，其中該第一透明電極經組態以量測與該照明區域內之該第一區域對應之該發光二極體結構之一接面光電壓信號，其中該第一電極之區域小於由該照明單元照明之該照明區域。
在一繪示性實施例中，該裝置包含至少通信地耦合至該發光量測單元、該接面光電壓量測單元及該照明單元之一控制器。在一繪示性實施例中，該控制器可控制來自該照明源之該光之一或多個特性。在一繪示性實施例中，該控制器可自該發光量測單元接收該發光信號之一或多個量測。在一繪示性實施例中，該控制器可自該接面光電壓量測單元接收該接面光電壓信號之一或多個量測。在一繪示性實施例中，該控制器可基於該發光信號之所接收之一或多個量測之一或多個特性及該接面光電壓信號之所接收之一或多個量測之一或多個特性而判定該發光二極體結構之一內部量子效率或一內部注入效率之至少一者。
根據本發明之一實施例，本發明揭示一種用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測的裝置。在一繪示性實施例中，該裝置包含一照明單元，其包含藉由一選定強度振幅之光而照明包含一發光二極體結構之一基板之一照明區域的一照明源，該光包含強度調變光或脈衝光之至少一者，該光適合於激勵該照明區域之該發光二極體結構之至少一第一區域內之光致發光。在一繪示性實施例中，該裝置包含一發光量測單元，其包含經組態以自未暴露於該強度調變光之該發光二極體結構之一區域量測一電致發光強度的至少一光學感測器。在一繪示性實施例中，該裝置包含一第一接面光電壓量測單元，其包含定位於該發光二極體結構接近處且經組態以自該發光二極體結構之該未暴露區域量測一未暴露之接面光電壓信號的至少一第一透明電極。在一繪示性實施例中，該裝置包含一第二接面光電壓量測單元，其包含定位 於該發光二極體結構接近處之至少一第二透明電極，該第二透明電極包圍該第一透明電極且經組態以自該第一透明電極外部之該發光二極體結構之該照明區域量測一暴露之接面光電壓信號。
在一繪示性實施例中，該裝置包含至少通信地耦合至該發光量測單元、該第一接面光電壓量測單元、該第二接面光電壓量測單元及該照明單元之一控制器。在一繪示性實施例中，該控制器可控制來自該照明源之該光之一或多個特性。在一繪示性實施例中，該控制器可自該發光量測單元接收該電致發光信號之一或多個量測。在一繪示性實施例中，該控制器可自該第一接面光電壓量測單元接收該未暴露之接面光電壓信號之一或多個量測。在一繪示性實施例中，該控制器可自該第二接面光電壓量測單元接收該暴露之接面光電壓信號之一或多個量測。在一繪示性實施例中，該控制器可藉由該量測之未暴露接面光電壓及該量測之暴露接面光電壓而判定該發光二極體結構之一光電流密度。在一繪示性實施例中，該控制器可基於來自該第一透明電極之一或多個額外接面光電壓量測及來自該第二透明電極之一或多個額外接面光電壓量測而判定該發光二極體結構之一正向電壓。在一繪示性實施例中，該控制器可藉由來自該發光二極體結構之該未暴露區域之該量測電致發光強度、該發光二極體結構之該判定光電流密度或該發光二極體結構之該判定正向電壓的至少一者而判定該發光二極體結構之一內部量子效率。
根據本發明之一實施例，本發明揭示一種用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測的裝置。在一繪示性實施例中，該裝置包含一照明單元，其包含藉由一選定強度振幅之光而照明包含一發光二極體結構之一基板之一照明區域的一照明源，該光包含強度調變光或脈衝光之至少一者，該光適合於激勵該照明區域之該發光二極體結構之至少一第一區域內之光致發光。在一繪示性實施例中，該裝置包含一發 光量測單元，其包含經組態以自未暴露於該強度調變光之該發光二極體結構之一區域量測一電致發光強度的至少一光學感測器。在一繪示性實施例中，該裝置包含一第一接面光電壓量測單元，其包含定位於該發光二極體結構接近處且經組態以自該發光二極體結構之暴露區域量測一暴露之接面光電壓信號的至少一透明電極。在一繪示性實施例中，該裝置包含一第二接面光電壓量測單元，其包含定位於該發光二極體結構接近處之一第二透明電極，該第二透明電極包圍該第一透明電極且經組態以自該第一透明電極外部之該發光二極體結構之該照明區域量測一未暴露之接面光電壓信號。在一繪示性實施例中，該裝置包含至少通信地耦合至該發光量測單元、該第一接面光電壓量測單元、該第二接面光電壓量測單元及該照明單元之一控制器。在一繪示性實施例中，該控制器可控制來自該照明源之該光之一或多個特性。在一繪示性實施例中，該控制器可自該發光量測單元接收該電致發光信號之一或多個量測。在一繪示性實施例中，該控制器可自該第一接面光電壓量測單元接收該暴露之接面光電壓信號之一或多個量測。在一繪示性實施例中，該控制器可自該第二接面光電壓量測單元接收該未暴露之接面光電壓信號之一或多個量測。在一繪示性實施例中，該控制器可藉由該量測之未暴露接面光電壓及該量測之暴露接面光電壓而判定該發光二極體結構之一光電流密度。在一繪示性實施例中，該控制器可基於來自該第一透明電極之一或多個額外接面光電壓量測及來自該第二透明電極之一或多個額外接面光電壓量測而判定該發光二極體結構之一正向電壓。在一繪示性實施例中，該控制器可藉由來自該發光二極體結構之該未暴露區域之該量測電致發光強度、該發光二極體結構之該判定光電流密度或該發光二極體結構之該判定正向電壓的至少一者而判定該發光二極體結構之一內部量子效率。
根據本發明之一實施例，本發明揭示一種用於一LED結構之一或 多個特性之無接觸量測的方法。在一繪示性實施例中，該方法包含：由一或多個光脈衝照明一發光二極體結構之一表面之一照明區域。在一繪示性實施例中，該方法包含：由一發光感測器自該照明區域內之一發光區域量測一發光信號之一暫態。在一繪示性實施例中，該方法包含：由定位於該照明區域內且定位於該發光二極體結構之該表面接近處之一透明電極自該照明區域內之該發光區域量測一接面光電壓信號之一暫態。在一繪示性實施例中，該方法包含：自該發光區域判定該發光二極體結構之一接面光電壓正向電壓。在一繪示性實施例中，該方法包含：判定該發光二極體結構之一光電流密度。在一繪示性實施例中，該方法包含：判定該發光信號之一電致發光分量之一強度。在一繪示性實施例中，該方法包含：藉由來自該發光區域之該發光二極體結構之該判定接面光電壓正向電壓、該發光二極體結構之該光電流密度或該發光信號之該電致發光分量之該強度的至少一者而判定該發光二極體結構之一內部量子效率或一內部注入效率之至少一者。
根據本發明之一實施例，本發明揭示一種用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測的方法。在一繪示性實施例中，該方法包含：由一或多個光脈衝照明一發光二極體結構之一表面之一照明區域。在一繪示性實施例中，該方法包含：由一發光感測器自該發光二極體結構之該照明區域內之一發光區域量測一發光信號之一暫態。在一繪示性實施例中，該方法包含：在來自該發光二極體結構之該發光信號之該量測暫態之一第一時間判定一第一發光強度。在一繪示性實施例中，該方法包含：在不同於來自該發光二極體結構之該發光信號之該量測暫態之該第一時間之一第二時間判定一第二發光強度。在一繪示性實施例中，該方法包含：基於該第一發光信號及該第二發光信號而自該發光二極體結構判定該發光信號之該電致發光分量之一強度。
根據本發明之一實施例，本發明揭示一種用於一LED結構之一或 多個特性之無接觸量測的方法。在一繪示性實施例中，該方法包含：由一第一脈衝持續時間之一或多個第一光脈衝照明一發光二極體結構之一表面之一照明區域。在一繪示性實施例中，該方法包含：由一第二脈衝持續時間之一或多個第二光脈衝照明該發光二極體結構之該表面之該照明區域。在一繪示性實施例中，該方法包含：自由該一或多個第一光脈衝激勵之該發光二極體結構量測一第一發光強度。在一繪示性實施例中，該方法包含：自由該一或多個第二光脈衝激勵之該發光二極體結構量測一第二發光強度。在一繪示性實施例中，該方法包含：基於該第一發光強度及該第二發光強度而自該發光二極體結構判定該發光信號之該電致發光分量之一強度。
根據本發明之一實施例，本發明揭示一種用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測的方法。在一繪示性實施例中，該方法包含：由強度調變光照明一發光二極體結構之一表面之一照明區域。在一繪示性實施例中，該方法包含：由一發光感測器自未暴露於該強度調變光之該發光二極體之一區域量測由光載子漂移誘發之一電致發光強度。在一繪示性實施例中，該方法包含：由定位於該未暴露區域內且定位於該發光二極體結構之該表面接近處之一第一透明電極自該發光二極體結構之該未暴露區域量測一未暴露之接面光電壓信號。在一繪示性實施例中，該方法包含：由位於該第一透明電極外部，定位於該照明區域內且定位於該發光二極體結構之該表面接近處之一第二透明電極自該發光二極體結構之該照明區域量測一暴露之接面光電壓信號。在一繪示性實施例中，該方法包含：藉由該量測之未暴露接面光電壓及該量測之暴露接面光電壓而判定該發光二極體結構之一光電流密度。在一繪示性實施例中，該方法包含：量測該發光二極體結構之一正向電壓。在一繪示性實施例中，該方法包含：藉由來自該發光二極體結構之該未暴露區域之該量測電致發光強度、該發光二極體結構 之該判定光電流密度或該二極體結構之該量測正向電壓的至少一者而判定該發光二極體結構之一內部量子效率。
根據本發明之一實施例，本發明揭示一種用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測的方法。在一繪示性實施例中，該方法包含：由強度調變光照明一發光二極體結構之一表面之一照明區域。在一繪示性實施例中，該方法包含：由一發光感測器自未暴露於該強度調變光之該發光二極體之一區域量測由光載子漂移誘發之一電致發光強度。在一繪示性實施例中，該方法包含：由定位於暴露區域內且定位於該發光二極體結構之該表面接近處之一第一透明電極自該發光二極體結構之該暴露區域量測一暴露之接面光電壓信號。在一繪示性實施例中，該方法包含：由包圍該第一透明電極且接近於該發光二極體結構之該表面的一第二透明電極自該發光二極體結構之該照明區域量測一未暴露之接面光電壓信號。在一繪示性實施例中，該方法包含：藉由該量測之未暴露接面光電壓及該量測之暴露接面光電壓而判定該發光二極體結構之一光電流密度。在一繪示性實施例中，該方法包含：量測該發光二極體結構之一正向電壓。在一繪示性實施例中，該方法包含：藉由來自該發光二極體結構之該未暴露區域之該量測電致發光強度、該發光二極體結構之該判定光電流密度或該二極體結構之該量測正向電壓的至少一者而判定該發光二極體結構之一內部量子效率。
根據本發明之一實施例，本發明揭示一種用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測的方法。在一繪示性實施例中，該方法包含：由強度調變光照明一發光二極體結構之一表面之一照明區域。在一繪示性實施例中，該方法包含：量測該強度調變光之一強度。在一繪示性實施例中，該方法包含：由一發光感測器自未暴露於該強度調變光之該發光二極體結構之一區域量測由光載子漂移誘發之一電致發光強度。在一繪示性實施例中，該方法包含：藉由比較該電致發光強度與 該調變光之該強度而判定一電致發光效率。
應瞭解，以上一般描述及以下詳細描述兩者僅具例示性及說明性，且未必為對本發明之限制。併入本說明書中且構成本說明書之一部分的附圖繪示本發明之實施例且與一般描述一起用來解釋本發明之原理。
100‧‧‧系統
102‧‧‧照明單元
103‧‧‧發光二極體(LED)結構
104‧‧‧發光量測單元
105‧‧‧夾盤
106‧‧‧JPV量測單元
108‧‧‧控制器
110‧‧‧照明源
112‧‧‧分光器
115‧‧‧透鏡
116‧‧‧照明
118‧‧‧照明區域
120‧‧‧信號產生器
121‧‧‧感測器
122‧‧‧感測器
123‧‧‧放大器
124‧‧‧發光區域
125‧‧‧偵測器
126‧‧‧發光
128‧‧‧透鏡
130‧‧‧光圈
132‧‧‧濾波器
134‧‧‧光圈
136‧‧‧影像
138‧‧‧影像/區域
140‧‧‧前置放大器
142‧‧‧偵測器
143‧‧‧透明元件/透明板
144‧‧‧透明電極
146‧‧‧前置放大器
148‧‧‧偵測器
150‧‧‧開關
152‧‧‧信號產生器
154a‧‧‧導電墊/金屬墊
154b‧‧‧導電墊/金屬墊
156‧‧‧可移動彈簧加載電極
158a‧‧‧頂層
158b‧‧‧底層
165‧‧‧曲線圖
166‧‧‧模擬分佈
171‧‧‧激發照明
172‧‧‧接面光電壓(JPV)暫態/接面光電壓(JPV)信號/接面光電壓(JPV)脈衝
173‧‧‧發光暫態/發光信號/暫態信號/脈衝
174‧‧‧時間間隔/接面光電壓(JPV)時間延遲
175‧‧‧時間間隔/穩態時間間隔
176‧‧‧時間間隔/發光時間延遲/發光衰變
177‧‧‧箭頭
178‧‧‧線
180‧‧‧概念圖
181‧‧‧黑暗照明條件
182‧‧‧內建電壓
184‧‧‧概念圖
185‧‧‧照明條件
186‧‧‧光學產生/光學激發
187‧‧‧n層
188‧‧‧p層
189‧‧‧電致發光
190‧‧‧等效電路
192‧‧‧等效電路
194‧‧‧等效電路
200‧‧‧方法
202‧‧‧步驟
204‧‧‧步驟
206‧‧‧步驟
208‧‧‧步驟
210‧‧‧步驟
212‧‧‧步驟
214‧‧‧步驟
220‧‧‧方法
222‧‧‧步驟
224‧‧‧步驟
226‧‧‧步驟
228‧‧‧步驟
230‧‧‧步驟
232‧‧‧步驟
240‧‧‧方法
242‧‧‧步驟
244‧‧‧步驟
246‧‧‧步驟
248‧‧‧步驟
250‧‧‧步驟
252‧‧‧步驟
302‧‧‧透明電極/額外電極
303‧‧‧第二接面光電壓量測單元
304‧‧‧陰影區域/未暴露區域
306‧‧‧前置放大器
307‧‧‧光
308‧‧‧偵測器
309‧‧‧作用層
310‧‧‧電子
311‧‧‧p層/頂層
312‧‧‧電洞
313‧‧‧n層
314‧‧‧電致發光
320‧‧‧管結構
322‧‧‧照明
323‧‧‧受激電致發光照明/電致發光信號/光學探針
324‧‧‧照明通道
325‧‧‧照明光纖
326‧‧‧讀取通道
327‧‧‧讀取光纖
330‧‧‧曲線圖
332‧‧‧資料
400‧‧‧方法
402‧‧‧步驟
404‧‧‧步驟
406‧‧‧步驟
408‧‧‧步驟
410‧‧‧步驟
412‧‧‧步驟
414‧‧‧步驟
420‧‧‧方法
422‧‧‧步驟
424‧‧‧步驟
426‧‧‧步驟
428‧‧‧步驟
430‧‧‧步驟
432‧‧‧步驟
434‧‧‧步驟
440‧‧‧方法
442‧‧‧步驟
444‧‧‧步驟
446‧‧‧步驟
448‧‧‧步驟
熟習此項技術者可參考附圖來更佳地瞭解本發明之諸多優點，其中：圖1A係繪示根據本發明之一實施例之用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測之一裝置的一方塊圖。
圖1B繪示根據本發明之一實施例之依據半徑而變化之注入電流之一曲線圖。
圖1C繪示描繪根據本發明之一實施例之一脈衝激發照明暫態、一接面光電壓暫態及一發光暫態的一曲線圖。
圖1D及圖1E繪示根據本發明之一實施例之在一黑暗照明條件及一照明條件下之一LED結構之能帶圖之概念圖。
圖1F至圖1H繪示根據本發明之一或多個實施例之用於解釋JPV時間延遲、發光時間延遲及穩態時間間隔之一系列等效電路組態。
圖2A係繪示根據本發明之一實施例之用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測之一方法的一流程圖。
圖2B係繪示根據本發明之一實施例之用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測之一方法的一流程圖。
圖2C係繪示根據本發明之一實施例之用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測之一方法的一流程圖。
圖3A係繪示根據本發明之一實施例之用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測之一裝置的一方塊圖。
圖3B係根據本發明之一實施例之電致發光產生所涉及之機構之一概念圖。
圖3C係繪示根據本發明之一實施例之用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測之一裝置的一方塊圖。
圖3D係根據本發明之一實施例之電致發光產生所涉及之機構之一概念圖。
圖3E至圖3F繪示根據本發明之一實施例之用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測之一裝置。
圖3G繪示描繪根據本發明之一實施例之非接觸電致發光強度與接觸電致發光強度之間之相關性的一曲線圖。
圖4A係繪示根據本發明之一實施例之用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測之一方法的一流程圖。
圖4B係繪示根據本發明之一實施例之用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測之一方法的一流程圖。
圖4C係繪示根據本發明之一實施例之用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測之一方法的一流程圖。
顯然，先前技術包含諸多不足。因此，將期望提供一種糾正上文所識別之先前技術之此等不足之方法及系統。
現將詳細參考附圖中所繪示之標的。
大體上參考圖1A至圖4C，根據本發明而描述用於一發光二極體(LED)結構之一或多個特性之無接觸量測的一系統及方法。本發明之實施例係針對一種適合於自由激發照明照明之一LED結構量測電致發光(EL)回應及/或光致發光(PL)回應之發光量測技術。另外，本發明之實施例係針對於一種適合於在由激發照明照明之區域及/或未由激發照明照明之區域中量測一半導體基板之LED結構之各種電回應特性的 非接觸接面光電壓(JPV)技術。
本發明中所描述之(若干)非接觸量測技術提供一LED結構之一或多個特性之準確量測。在一些實施例中，本發明之(若干)非接觸量測技術可提供(但不限於)光電流、正向電壓、EL、內部量子效率、注入效率及輻射效率之監測。
作為非限制性實例，本發明中所描述之技術可提供有機金屬化學氣相沈積(MOCVD)生長及退火之後之LED結構之光電流、正向電壓、EL、內部量子效率、注入效率及輻射效率之監測。作為另一非限制性實例，本發明中所描述之技術可提供導電窗及透明窗之電漿增強化學氣相沈積(PECVD)之後之光電流、正向電壓、EL、內部量子效率、注入效率及輻射效率之監測。
可使用來自LED結構之諸多量測發光強度來找到上述特性之一或多者。另外，可使用來自LED結構之諸多量測接面光電壓來找到上述特性之一或多者。
本發明之實施例經由JPV激勵之直接光致發光及電致發光之時間解析及空間分離而自一光學激發之LED結構提供電致發光之非接觸量測。此實施例可在MOCVD及退火之後使用一時間解析方法來提供一激發區域之中間所收集之光學激勵之電致發光及相關聯之效率的非接觸監測。接著，此監測程序之結果可用作為製造期間用於程序控制目的之回饋。
本發明之額外實施例可在LED結構之一(或若干)第一區域中利用光學激發，同時自該第一區域外部之LED結構之一(或若干)第二區域收集一電致發光信號，藉此由橫向電場及光電流引起之JPV信號之散佈激勵該電致發光信號。此實施例對在具有低薄片電阻之導電窗及透明窗之沈積或生長之後監測LED結構尤其有用，其引起照明區域外部之JPV之高速散佈。
現參考圖1A，在一實施例中，系統100包含一照明單元102。在另一實施例中，系統100包含一發光量測單元104。在另一實施例中，系統100包含一JPV量測單元106。在另一實施例中，系統100包含通信地耦合至照明單元102、發光量測單元104及/或JPV量測單元106之一控制器108。此處應注意，圖1A中所描繪之JPV量測單元106並非為本發明之一必要條件。因而，儘管本發明聚焦於包含JPV量測單元106之實施例，然此特徵不應被解譯為對本發明之一限制。
在一實施例中，控制器108經組態以引導照明單元102由具有一或多個選定特性(例如強度、調變頻率等等)之光照明包含一LED結構103之一半導體基板。繼而，控制器108可接收LED結構之各種回應特性之量測，諸如來自發光量測單元104之一PL信號及EL信號及/或來自JPV量測單元106之一JPV信號。此外，控制器108可基於本發明中所描述之量測特性及各種關係而判定一半導體基板之一或多個LED結構103之光電流密度、正向電壓、內部量子效率(IQE)及/或一內部注入效率。
在一實施例中，照明單元102包含一或多個照明源110。在一實施例中，一或多個照明源110經配置以由光照明包含一LED結構103之一半導體基板之一區域。例如，照明源110可經配置以照明包含一LED結構103之基板之一照明區域118。
在另一實施例中，照明源110藉由一或多個選定強度之光而照明LED結構103之表面。在另一實施例中，照明源110藉由一或多個選定調變頻率之光而照明LED結構103之表面。例如，照明源110可輸出依一選定調變頻率調變之一光信號。例如，光之調變頻率可對應於一穩態條件(例如低調變頻率)或一非穩態條件(例如高調變頻率)。作為另一實例，照明源110可輸出一脈衝光信號。在另一實施例中，照明單元102藉由包含一選定波長或波長範圍之光而照明LED結構103之表 面。
照明源110可包含此項技術中已知之任何照明源，其適合於藉由調變或脈衝光而均勻地照明一基板之一選定區域。例如，照明源110可包含(但不限於)一或多個LED、一或多個雷射、一閃光燈(例如濾波閃光燈)或一快門燈。
在另一實施例中，照明單元102包含耦合至照明源110及控制器108之一電源及/或信號產生器120。就此而言，控制器108可引導信號產生器120驅動照明源110以產生一所要照明輸出。例如，信號產生器120可引起照明源110輸出具有一選定調變頻率之一調變光信號。作為另一實例，信號產生器120可引起照明源110輸出一選定持續時間之一或多個光脈衝(即，脈衝光信號)。作為另一實例，信號產生器120可引起照明源110輸出一選定強度之一或多個光脈衝。例如，信號產生器120可引起照明源110輸出具有足以引起LED結構103之受激JPV信號中之一穩態條件之一低調變頻率的一調變光信號。作為另一實例，信號產生器120可引起照明源110輸出具有足以引起LED結構103之受激JPV信號中之一非穩態條件之一高調變頻率的一調變光信號。
在另一實施例中，JPV量測單元106包含一第一透明電極144，其用於量測LED結構103之照明區域118內之一選定區域之一JPV信號。在一實施例中，透明電極144定位於LED結構103接近處且經組態以將光自照明源110傳輸至LED結構103之表面。就此而言，透明電極144具有用於量測JPV之一第一區域，其與LED結構103之照明區域118內之第一區域(即，由透明電極144對向之區域)對應。在一實施例中，透明電極144之第一區域經選擇以小於由照明源110照明之區域。此處應注意，選擇小於照明區域118之透明電極144之一區域有助於限制接面光電壓信號超出照明區域而橫向地散佈之影響，其中亦由於JPV散佈而減少電致發光。此處應進一步注意，第一電極144可採用此項技 術中已知之任何適合形狀。例如，第一透明電極可採用一圓盤形狀、一正方形形狀、矩形形狀、一橢圓形形狀、一多邊形形狀等等。
在另一實施例中，透明電極144安置於一透明元件143之一表面上。就此而言，透明電極144可安置於面向LED結構103之透明元件143之表面上，如圖1A中所展示。在一實施例中，透明電極144可安置於透明元件143之底面上。在另一實施例中，透明元件143可包含(但不限於)一或多個透明板143，如圖1A中所展示。例如，透明元件可包含(但不限於)一玻璃板。此處應注意，透明元件143之建構不受限於一玻璃板或一單一板組態。確切而言，上文所提供之描述僅供繪示。此處應注意，對由照明源110發射之照明(及發光126(luminescene light 126)(受激PL照明))透明之任何材料適合於本發明之內文中之實施方案。此外，透明元件143可包含適合於固定(securing)透明電極144(及額外電極302)之多個透明板或一或若干替代結構。此處應注意，V.Faifer等人於2014年9月2日申請之美國專利申請案第14/475,025號中描述非接觸JPV量測，該案之全文以引用方式併入本文中。
在另一實施例中，照明單元102可包含一或多個照明光學元件。在一實施例中，照明單元102包含一或多個透鏡115。在一實施例中，透鏡115將照明源110之輸出與LED結構103之表面光學地耦合。就此而言，來自照明源110之照明116可經由分光器112而被引導朝向LED結構103(發光二極體結構)，且在照射LED結構103之表面之前穿過透鏡115、透明板143及第一透明電極144，如圖1A中所展示。此處應注意，系統100之光學組態不受限於本發明中所描述之各種光學組件。確切而言，各種光學組件及其組態僅供繪示。系統100可包含此項技術中已知之任何光學元件，其適合於收集、聚焦、引導及/或過濾由照明源110發射之照明。此處可預期，系統100可包含此項技術中已知 之任何適合照明源及光學元件組合。例如，任何數目個光學元件(例如蠅眼、微透鏡陣列、(若干)漫射器、透鏡、反射鏡、濾波器、偏光器等等)可與此項技術中已知之任何照明源一起使用。例如，一或多個光纖束可與一照明源(例如閃光燈)耦合。
在另一實施例中，發光量測單元104包含經組態以處理傳輸至控制器108之前之一量測信號的一或多個信號處理元件。例如，發光量測單元104可包含(但不限於)用於放大來自感測器122之信號的一前置放大器140。在另一實施例中，發光量測單元104包含一解調變器及/或一偵測器142。此外，在放大、解調變及/或偵測之後，由控制器108之一介面接收來自感測器122之信號。
在另一實施例中，發光量測單元104包含用於感測來自LED結構103之發光126(例如電致發光(EL)照明及/或光致發光(PL)照明)的一或多個感測器122。就此而言，一或多個感測器122可經配置以收集及量測由來自照明源110之光激勵之PL光及/或由光學激發激勵之EL光。在另一實施例中，發光量測單元104可包含一或多個光學元件。在一實施例中，透鏡115及128經配置以將LED結構103處所產生之發光照明(例如電致發光及/或光致發光)收集及聚焦至一或多個感測器122上。在另一實施例中，發光量測單元104包含一或多個光圈130、134。在一實施例中，一或多個光圈130、134經配置以自接近於透明電極144之照明區域118之一(中心)發光區域124提供發光收集。就此而言，感測器122可自由透明電極144探測之照明區域118內之一發光區域124量測一發光信號，其包含信號之PL分量及/或EL分量。
例如，由照明源110發射之照明116可經由分光器112及透鏡115而轉移至包含一LED結構103之基板之表面處之其影像中。就此而言，照射LED結構103之光可用以光學地激發照明區域118之一或多個區域。繼而，由LED結構103之照明區域發射一發光信號。此外，透鏡 115及128可將影像轉移至感測器122上之影像136中。在另一實施例中，光圈134用以將發光自位於影像內之發光區域124轉移至位於影像136內之影像138中。就此而言，光圈134用以拒絕自照明區域118之外部邊緣收集發光，其中電致發光可歸因於JPV信號在照明區域118外部散佈而顯著減少。例如，就沈積於藍寶石上之GaInN而言，發光可延伸至照明區域118外部之遠距離。在一實施例中，為減少散射發光之收集，額外光圈130限制實質上垂直於LED結構之表面發出且收集於感測器122之區域138中之發光126之收集。
在另一實施例中，發光量測單元104包含一或多個濾波器132。例如，濾波器132可用以阻斷來自照明源110之光，同時傳輸自LED結構103發出之發光126(PL光)。
一或多個感測器122可包含此項技術中已知之任何光感測器，其適合於收集及量測與發光126(受激PL光)相關聯之一或多個特性。例如，一或多個感測器122可包含(但不限於)一光偵測器或裝配有一陣列之光偵測器之一單色器。在另一實施例中，一或多個感測器122可包含一分光計。例如，一或多個感測器122可包含(但不限於)裝配有一光偵測器陣列之一分光計。
在另一實施例中，JPV量測單元106包含經組態以處理傳輸至控制器108之前之一量測信號的一或多個信號處理元件。例如，JPV量測單元106可包含(但不限於)用於放大來自透明電極144之信號的一前置放大器146。在另一實施例中，JPV量測單元106包含一解調變器及/或一偵測器148。此外，在放大、解調變及/或偵測之後，由控制器108之一介面接收來自透明電極144之信號。
在另一實施例中，偵測器142及148可在鎖入放大模式中操作。在另一實施例中，偵測器142及148可在峰值偵測模式中操作。
在另一實施例中，照明單元102可包含用於監測由照明源110發射 之照明116之一或多個特性(例如強度、調變頻率、波長等等)的一額外感測器121。例如，額外感測器121可包含(但不限於)一或多個光偵測器。在另一實施例中，額外感測器121通信地耦合至一或多個信號處理元件以在偵測到來自照明源110之光之後處理額外感測器121之輸出。例如，該一或多個信號處理元件可包含此項技術中已知之任何信號處理電路，諸如(但不限於)一或多個放大器123及/或一或多個偵測器125。在另一實施例中，偵測器125之輸出耦合至控制器108。就此而言，控制器108可監測額外感測器121之輸出且因此監測照明源110之效能。
在另一實施例中，儘管圖中未展示，然系統100可包含用於監測自LED結構103之表面反射或散射之照明之一或多個特性(例如強度、波長等等)的一第二額外感測器。在另一實施例中，該第二額外感測器亦可耦合至處理該第二額外感測器之輸出且將該輸出耦合至控制器108之一或多個信號處理元件(例如放大器、偵測器等等)。
在一實施例中，包含一或多個LED結構103(例如LED層)之半導體基板安置於一夾盤105上。在另一實施例中，夾盤105包含一導電夾盤(例如金屬夾盤)。在另一實施例中，夾盤105包含連接至地面之一金屬夾盤。在另一實施例中，系統100包含透過開關150而耦合至晶圓夾盤105之一信號產生器152。例如，儘管圖1A中未展示，然開關150可直接耦合至夾盤105。在另一實施例中，開關150耦合至地面。在另一實施例中，信號產生器152耦合至控制器108，藉此控制器108可引導信號產生器152將一選定信號施加至夾盤105。在一實施例中，信號產生器152可施加一或多個校準信號(例如脈衝)以有助於準確地量測本發明之信號(例如JPV信號)。例如，信號產生器152可用於透過開關150而將一AC信號施加至夾盤105以校準一或多個光電壓信號。
此處應注意，夾盤不受限於一導電或金屬夾盤且以上描述僅供 繪示。例如，夾盤可包含一非導電夾盤。在一實施例中，本發明之一或多個校準信號可施加至LED結構103之邊緣(而非透過夾盤105，如本文先前所描述)。
在一實施例中，系統100可包含一可移動彈簧加載電極156(例如金屬或導電聚合物)。在一實施例中，可移動彈簧加載電極156耦合至一或多個導電墊154a、154b，諸如(但不限於)金屬墊或導電聚合物墊。在另一實施例中，可移動彈簧加載電極156可經由導電墊154a、154b而提供LED結構之頂層158a(例如p層)與底層158b之間之一電連接。例如，可移動彈簧加載電極156可定位於透明電極144之附近，藉此在透明電極144附近之頂層158a之一區域與底層158b之間提供一導電路徑。在另一實施例中，一或多個導電墊154a、154b可電耦合至開關150之輸出。此處應注意，V.Faifer等人於2014年9月2日申請之美國專利申請案第14/475,025號中描述JPV量測之校準，該案之全文併入上文中。
圖1B繪示描繪根據本發明之一或多個實施例之依據半徑而變化之接面注入電流之一模擬分佈166的一曲線圖165。此處應注意，模擬分佈166考量照明區域118外部之載子之橫向漂移且針對具有光電流密度為20mA/mm2之一光電流密度及20Ohm/sq之頂層之一薄片電阻的一LED結構而計算，該光電流密度及該薄片電阻表示用於半導體結構(諸如(但不限於)具有TCO塗層之GaInN結構、或AlGaInP LED結構)之共同值。此處應注意，就圖1B中所表示之模擬而言，對總發光信號之電致發光貢獻隨著發光126之收集面積減小而增加。例如圖1B中所展示，自由半徑r1=1mm界定之一面積收集時之對由感測器121量測之總發光信號的電致發光貢獻可高於收集面積對應於半徑r2=2mm時之對由感測器121量測之總發光信號的電致發光貢獻。
圖1C繪示根據本發明之一或多個實施例之依據時間而變化之一 激發照明171及所得之JPV暫態172及發光暫態173之一概念圖。就此而言，橫跨各種時間間隔而繪製激發照明171及所得之JPV暫態172及發光暫態173之製圖。例如，時間間隔174表示與由透明電極144量測之JPV信號172及由感測器122量測之發光信號之增強相關聯之持續時間τJPV。此外，時間間隔175表示光電流密度實質上等於注入電流時之激發照明171、JPV信號172及/或發光信號173中之一大體穩態條件之開始階段。另外，時間間隔176表示與電致發光衰變相關聯之時間跨距。就此而言，箭頭177表示總發光信號之電致發光分量之量值之一概念圖。此外，線178表示JPV信號172之前側處之JPV信號之導數之一概念圖，其可在計算本文進一步額外詳細所描述之光電流密度JL時使用。
圖1D及圖1E繪示一黑暗照明條件181及一照明條件185下之一LED結構之能帶圖之概念圖180、184。此處應注意，藉由具有高於能帶隙之一光子能之光的光學激發186引起電子電洞對之產生。在本質作用層中由電場使過剩電子電洞對分離以形成一光電流。此外，內建電壓182減小且所得JPV信號(例如正向電壓，其作為照明條件下之內建電壓與黑暗條件下之內建電壓之差值)激勵來自n層187之電子及來自p層188之電洞注入至作用層中。此處應進一步注意，電子及電洞在量子井之重組引起電致發光189之發射。
圖1F至圖1H繪示用於解釋本文先前所討論及圖1C中所描繪之JPV時間延遲174、發光時間延遲176及穩態時間間隔175的一系列等效電路組態。如圖1F之等效電路190中所展示，在時間間隔0<t<τJPV174中，光電流JL用以對p-n接面障壁及擴散電容Cpn充電。此處應注意，在時間間隔174中，注入電流JINJ及正向電壓VF較低，使得VF<VEL(其中VEL係電致發光接通電壓)。由於正向電壓低於電致發光接通電壓，所以電致發光信號之強度亦較低。如圖1G之等效電路192中所展 示，在時間間隔175中，將p-n接面電容Cpn充電成電荷Qpn之穩定條件，其中注入電流補償光電流，使得JINJ=JPH，VF>VEL，且電致發光為高態。如圖1H之等效電路194中所展示，在時間間隔176中，照明源之輸出中斷(即，激發光中斷)，然而，注入電流JINJ繼續激勵電致發光，同時p-n接面上之電荷Qpn放電。
在一實施例中，系統100可用以監測時間解析及空間解析發光以提取總發光信號之電致發光分量。另外，系統100亦可監測JPV信號以容許量測LED結構103之內部量子效率。如圖1A中所展示，LED結構中之電子及電洞之光學產生186可引起電子及電洞局限於量子井中及直接光致發光IPL。替代地，在作用層中由一電場使電子及電洞分離誘發一p-n接面正向偏壓及來自p層之電洞及來自n層之電子注入至量子井或一作用區域中，藉此誘發非接觸電致發光IEL 189。
為增加非接觸電致發光之貢獻且因此增大電致發光信號與光致發光信號之比率(IEL/IPL)，用於激勵LED結構之光之波長可在與最大光學載子收集對應之範圍內。此外，光束之脈衝持續時間及直徑及發光收集面積可經最佳化以最大化穩態開路電壓或正向電壓，藉此最大化所得注入電流。
在一實施例中，電致發光監測可包含：均勻照明一晶圓(例如LED結構103)之一照明區域118以基於174、175及176(圖1C中所展示)而提供發光區域124內部之一均勻JPV信號及直接光致發光IPL之一時間解析反卷積、及來自發光區域124之一非接觸電致發光IEL。
此處應注意，總發光信號(IT)等於IT=IPL+IEL。如圖1B中所展示，可藉由收集照明區域118中間之發光而增加及量測電致發光之貢獻，其中r<R1。可藉由施加脈衝激發照明171(具有使得τEX>τJPV之一持續時間)且將電致發光強度IEL判定為脈衝173在τJPV<t<τEX之一第一時間間隔內之發光強度(其中強度IT=IPL+IEL)與脈衝173在0<t<τJPV之一第二 時間間隔內之發光強度(其中當IEL之貢獻較低時，IT IP)之間之一差值而判定電致發光強度IEL。
在另一實施例中，可使用t>τEX時之發光衰變176來判定電致發光強度IEL。就此而言，在終止來自照明源110之激發之後，發光信號之光致發光分量歸因於PL信號之快速衰變(例如奈秒範圍內之衰變)而變為可忽略。就此而言，電致發光強度IEL可識別為激發光中斷之後之某一選定時間t>τEX處之EL之一值(例如最大值)。
在另一實施例中，可藉由以下操作而判定電致發光強度IEL：施加具有持續時間τEX>τJPV之一激發照明171，其中基於接面光電壓之正向電壓VF大於電致發光接通電壓VEL；同時亦施加具有相同強度但具有較低持續時間τEX<τJPV之脈衝照明，使得正向電壓VF小於電致發光接通電壓VEL。接著，電致發光強度IEL可計算為上述發光振幅之一差值。例如，就GaInN LED結構而言，一適當接通電壓可近似為VEL=2.3V。
在另一實施例中，可藉由量測由一透明電極7拾取之JPV信號172而判定JPV正向電壓VF。為加速JPV衰變且提供JPV正向電壓之準確量測，可使用可移動彈簧加載電極156及金屬墊154a、154b來使p層及n層電連接，如圖1A中所展示。
可經由JPV暫態V(t)之導數(由相切於JPV脈衝172之前部的線178表示)而判定光電流密度JL。例如，控制器108可使用以下關係來判定光電流密度：
其中Cpn係LED結構103之p-n接面之電容。就p-i-n結構(例如基於InGaN之LED發射器)而言，一接面電容由Cpn=εsε0/d給定，其中d係作用i層之一厚度，εs、ε0分別係半導體及真空媒介之介質電容率。因而，可由控制器108使用以下關係來計算電致發光內部量子效率(IQE) 或ηEL：
此處，電致發光IQE由LED結構之作用層(例如GaInN LED中之量子井)中之載子注入效率及輻射效率判定。就此而言，電致發光IQE與注入效率及輻射效率之關係如下：η EL =η injection η radiative (3)
此外，控制器108可藉由以下關係而判定經由一作用層中之光載子收集及輻射效率的光致發光效率：ηPL=ηPL_collectηradiative (4)
另外，使用電致發光強度及電致發光內部量子效率ηEL，控制器108可藉由以下關係而近似估計電致發光注入效率：
此處應注意，系統100不受限於使用上文所提供之方程式及關係來計算本文先前所描述之LED結構103之各種特性。本發明中所提供之各種方程式及關係僅供繪示且不應被解譯為對本發明之限制。此處應認知，各種關係可由控制器108用於使本發明之範疇及精神內之先前所描述之數量之兩者或兩者以上相關。
圖2A繪示描繪根據本發明之一或多個實施例之用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測之一方法200的一流程圖。此處應認知，方法200之步驟之一或多者可由系統100之組件及實施例之一或多者實施。然而，應注意，方法200不受限於系統100之結構限制。
步驟202藉由一或多個光脈衝而照明一發光二極體結構之一表面之一照明區域。例如，控制器108可引導照明源110藉由具有選定振幅及/或持續時間之一或多個光脈衝之激發照明而照明一LED結構103之表面之一選定照明區域118。
步驟204藉由一發光感測器而自照明區域內之一發光區域量測一 發光信號之一暫態。例如，感測器可回應於激發照明而獲取由LED結構103發射之發光。此外，本文先前所描述之各種光學元件可用於將發光收集之區域限制於小於照明區域118之一發光區域124。
步驟206自照明區域內之發光區域量測一接面光電壓信號之一暫態。例如，透明電極144可定位於照明區域118內且定位於發光二極體結構之表面接近處以容許透明電極自由透明電極144對向之發光區域124量測接面光電壓暫態。
步驟208自發光區域判定發光二極體結構之一接面光電壓正向電壓。在一實施例中，控制器108可基於由透明電極144自照明區域118量測之接面光電壓信號之振幅而判定接面光電壓正向電壓。例如，控制器108可將JPV正向電壓VF識別為自照明區域118量測之接面光電壓信號之振幅。
步驟210判定發光二極體結構之一光電流密度。在一實施例中，控制器108可藉由計算JPV信號之暫態在JPV信號之一前緣處之導數(例如使用方程式(1))而判定接面光電壓JL。在另一實施例中，控制器108可獲取LED結構103之一p-n接面之一電容CPN(例如使用者輸入、計算或獨立量測)。在另一實施例中，控制器108可藉由JPV信號之暫態之導數及LED結構之p-n接面之電容而計算LED結構之光電流密度JL。
步驟212判定發光信號之一電致發光分量之一強度。此處應注意，可依本發明中所描述之任何方式判定發光信號之電致發光分量。在一實施例中，藉由基於接面光電壓之暫態來識別與低於電致發光信號之一接通電壓VEL之接面光電壓正向電壓VF對應之一第一時間間隔而找到發光之EL分量。接著，可基於接面光電壓之暫態而識別與高於電致發光信號之接通電壓VEL之接面光電壓正向電壓VF對應之一第二時間間隔。接著，藉由計算該第二時間間隔期間所獲取之一第一發 光信號與該第一時間間隔期間所獲取之一第二發光信號之間之一差值且藉由總發光信號由IT=IEL+IPL給定之事實而判定發光信號之電致發光分量(IEL)之強度。因而，當IPL相對恆定且狀態之一者低於EL接通電壓時，兩個發光強度之間之一差值產生接通狀態中之IEL值。
在另一實施例中，在終止發光二極體結構之照明之後，藉由在發光信號之衰變之一選定時間之後識別發光信號之一值而找到發光之EL分量。就此而言，在終止來自照明源110之激發照明之後，發光之PL分量快速衰變(約數奈秒)。因而，可藉由在照明停止之後之一幾乎即時選定時間由感測器122量測發光而識別EL分量。此處應注意，控制器108可利用容許充分PL分量衰變之EL獲取時間。
在另一實施例中，藉由建立一或多個光脈衝之一持續時間以便由具有一第一持續時間之一或多個第一光脈衝照明照明區域而找到發光之EL分量，該第一持續時間足以在正向電壓高於電致發光接通電壓時建立一穩態條件。接著，該一或多個光脈衝之一持續時間經建立以便由具有一第二持續時間之一或多個第二光脈衝照明照明區域，該第二持續時間短於該第一持續時間且足以在正向電壓低於電致發光接通電壓時建立一非穩態條件。在另一實施例中，藉由計算藉由該一或多個第一光脈衝之照明期間所獲取之一第一發光強度與藉由該一或多個第二光脈衝之照明期間所獲取之一第二發光強度之間之差值而判定電致發光信號分量之強度。
步驟214判定發光二極體結構之內部量子效率或內部注入效率。在一實施例中，控制器108可使用來自照明區域118之LED結構103之判定接面光電壓正向電壓VF、LED結構103之光電流密度JL或由感測器122量測之發光信號之電致發光分量IEL之強度來判定內部量子效率IQE或內部注入效率。
圖2B繪示描繪根據本發明之一或多個實施例之用於一LED結構 之一或多個特性之無接觸量測之一方法220的一流程圖。此處應認知，方法220之步驟之一或多者可由系統100之組件及實施例之一或多者實施。然而，應注意，方法220不受限於系統100之結構限制。
步驟222藉由一或多個光脈衝而照明一發光二極體結構103之一表面之一照明區域118，如本文先前所描述。
步驟224藉由一發光感測器122而自LED結構103之照明區域118內之一發光區域124量測一發光信號之一暫態，如本文先前所描述。
步驟226自LED結構103判定發光信號之量測暫態之一第一時間處之一第一發光強度。例如，控制器108可自LED結構103判定發光信號之量測暫態之一第一時間(例如圖1C中之暫態信號173之一第一時間)處之一第一發光強度。
步驟228自LED結構103判定不同於發光信號之量測暫態之第一時間之一第二時間處之一第二發光強度。例如，控制器108可自LED結構103判定發光信號之量測暫態之一第二時間(或一第N時間)(例如圖1C中之暫態信號173之一第二時間)處之一第二發光強度(或一第N時間)。
步驟230基於第一發光強度及第二發光強度而自發光二極體結構判定發光信號之電致發光分量之一強度。例如，控制器108可藉由比較第一發光強度與第二發光強度(例如，計算一差值，計算一比率，使各強度擬合至一數學模型等等)而自LED結構103判定發光信號之電致發光分量之一強度振幅。
步驟232藉由具有一已知內部量子效率之一校準晶圓而判定LED結構103之一內部量子效率。在一實施例中，藉由一校準而判定LED結構之IQE包含：藉由一或多個光脈衝而照明具有一已知內部量子效率之一校準晶圓之一表面之一照明區域。接著，由一發光感測器自該校準晶圓之該照明區域內之一發光區域量測一發光信號之一暫態。接 著，自該校準晶圓量測該發光信號之該量測暫態之一第一時間處之一第一發光強度。接著，自該校準晶圓量測不同於該發光信號之該量測暫態之該第一時間之一第二時間處之一第二發光強度。接著，基於該第一發光信號及該第二發光信號而判定來自該校準晶圓之該發光信號之電致發光分量之一強度。接著，使用來自發光二極體結構之電致發光分量之強度、來自該校準晶圓之電致發光分量之強度及該校準晶圓之已知IQE來判定LED結構103之IQE。
圖2C繪示描繪根據本發明之一或多個實施例之用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測之一方法240的一流程圖。此處應認知，方法240之步驟之一或多者可由系統100之組件及實施例之一或多者實施。然而，應注意，方法240不受限於系統100之結構限制。
步驟242藉由一第一脈衝持續時間之一或多個第一光脈衝而照明一發光二極體結構103之一表面之一照明區域118。例如，控制器108可引導照明源110藉由一第一脈衝持續時間之一第一光脈衝而照明LED結構103。
步驟244藉由一第二脈衝持續時間之一或多個第二光脈衝而照明發光二極體結構之表面之照明區域。例如，控制器108可引導照明源110藉由一第二脈衝持續時間之一第二光脈衝而照明LED結構103。
步驟246自由一或多個第一光脈衝激勵之發光二極體結構量測一第一發光強度。例如，光學感測器122可自由第一光脈衝激勵之LED結構103量測一第一發光強度。
步驟248自由一或多個第二光脈衝激勵之發光二極體結構量測一第二發光強度。例如，光學感測器122可自由第二光脈衝激勵之LED結構103量測一第二發光強度。
步驟250基於第一發光強度及第二發光強度而自發光二極體結構判定發光信號之電致發光分量之一強度。例如，控制器108可藉由比 較第一發光強度與第二發光強度(例如，計算一差值，計算一比率，使各強度擬合至一數學模型等等)而自LED結構103判定發光信號之電致發光分量之一強度振幅。
步驟252藉由具有一已知內部量子效率之一校準晶圓而判定LED結構103之一內部量子效率。在一實施例中，使用一校準晶圓來判定LED結構103之IQE包含：藉由一第一脈衝持續時間之一或多個第一光脈衝而照明具有一已知內部量子效率之一校準晶圓之一表面之一照明區域。接著，藉由一第二脈衝持續時間之一或多個第二光脈衝而照明該校準晶圓之該表面之該照明區域。接著，自由該一或多個第一光脈衝激勵之該校準晶圓量測第一發光強度。接著，自由該一或多個第二光脈衝激勵之該校準晶圓量測一第二發光強度。接著，基於該第一發光信號及該第二發光信號而判定來自該校準晶圓之發光信號之電致發光分量之一強度。接著，藉由來自發光二極體結構之電致發光分量之強度、來自該校準晶圓之電致發光分量之強度及該校準晶圓之已知IQE而判定LED結構103之IQE。
現參考圖3A至圖3G，在一實施例中，系統100經配置以自一陰影區域304量測電致發光。此處應注意，若無另外說明，則本文先前所描述之組件、步驟及實施例被解譯為擴展至圖3A至圖3G中所描繪之系統100之實施方案。
在一實施例中，系統100可用以藉由頂窗層之低薄片電阻而監測LED結構103中之電致發光，如本文進一步所描繪。此等量測可基於：藉由強度調變光而光學地激發一LED結構103之一區域(藉由光307照明該區域而引起)；及監測藉由光307照明之照明區域外部之電致發光及JPV信號。
圖3A及相關圖中所描繪之此量測程序之基礎包含：監測由一光致發光激發誘發之空間解析電致發光。M.F.Shubert已在 「Electroluminescence Induced by Photoluminescence Excitation in GaInN/GaN Light Emitting Diodes」(Appl.Phys.Lett.,95,191105(2009))中之諸如GaInN/GaN LED結構之結構中觀察到由一照明區域外部之過剩載子之光致發光激發及電漂移誘發之電致發光，該案之全文以引用方式併入本文中。V.Faifer等人已在Proceedings of 24th ESSDERC’94(Edinburgh，第601頁(1994))中描述由照明區域外部之散佈光產生之電子電洞對激勵之電漂移電流，該案之全文以引用方式併入本文中。
在一實施例中，照明源110可包含一環形照明源，如圖3A中所展示。就此言而，照明源110可照明一環形照明區域，其環繞由透明電極144探測之一中心區域。就此而言，LED結構103之中心部分變陰暗，此係因為其未由來自照明源110之光307暴露。此處應注意，在此實施例中，照明源110不受限於一環形形狀且可採用此項技術中已知之任何適合形狀，諸如(但不限於)一圓環、一正方形環、一多邊形環、一橢圓環等等。此外，照明源110可由用以在LED結構103上離散地(例如照明點系列)或連續地形成環繞陰影區域304之一照明圖案的多個照明源形成。
在另一實施例中，JPV量測單元106之第一透明電極自發光二極體結構103之未暴露或陰影區域304量測一未暴露之接面光電壓信號。
在另一實施例中，系統100包含一第二接面光電壓量測單元303，其包含定位於LED結構103接近處之一透明電極302。在一實施例中，透明電極302包圍透明電極144。在另一實施例中，透明電極302自透明電極144外部之LED結構之由光307照明之照明區域量測一暴露之接面光電壓信號。
在一實施例中，透明電極302可相對於透明電極144而同心配置，如圖3A中所展示。例如，透明電極302可具有一環形形狀。例 如，透明電極144可具有一圓盤形狀，而透明電極302具有環繞中心透明電極144之一圓環形狀。此處應注意，透明電極302不受限於一圓環形狀且可採用此項技術中已知之任何適合形狀，諸如(但不限於)一圓環、一正方形環、一多邊形環、一橢圓環等等。
在另一實施例中，第二接面光電壓量測單元303包含一或多個信號處理元件。例如，第二接面光電壓量測單元303可包含(但不限於)一前置放大器306或一解調變器及/或偵測器308，解調變器及/或偵測器308耦合至控制器108。
在另一實施例中，發光量測單元104之光學感測器122自未暴露於來自照明源110之強度調變光的LED結構103之陰影區域304量測一電致發光強度。
在另一實施例中，控制器108通信地耦合至發光量測單元104、JPV量測單元106、第二接面光電壓量測單元303以及照明單元102。就此而言，控制器108可依類似於本文先前所描述之方式之一方式自系統100之各種器件接收量測結果且提供各種控制功能及量測輸出結果。在一實施例中，控制器108控制來自照明源110之光307之一或多個特性。在另一實施例中，控制器108自發光量測單元104(例如發光量測單元104之光學感測器122)接收電致發光信號之一或多個量測。在另一實施例中，控制器108自JPV量測單元106(JPV量測單元106之透明電極144)接收未暴露之接面光電壓信號之一或多個量測。在另一實施例中，控制器108自第二接面光電壓量測單元303(接面光電壓量測單元303之第二透明電極302)接收暴露之接面光電壓信號之一或多個量測。在另一實施例中，如本文進一步所描述，控制器108使用量測之未暴露接面光電壓信號(來自JPV量測單元106)及量測之暴露接面光電壓(來自單元303)來判定LED結構103之一光電流密度JL。在另一實施例中，如本文進一步所描述，控制器108基於來自透明電極144之 一或多個額外接面光電壓量測及來自透明電極302之一或多個額外接面光電壓量測而判定LED結構103之一正向電壓VF。在另一實施例中，如本文進一步所描述，控制器108使用來自LED結構103之未暴露區域304之量測電致發光強度、LED結構103之判定光電流密度JL或發光二極體結構103之判定正向電壓VF的一或多者來判定LED結構103之一IQE。
圖3B描繪根據本發明之一實施例之電致發光產生所涉及之機構之一概念圖。在一實施例中，照明源110在陰影區域304外部之一作用層309內產生電子310及電洞312。此外，一電場使電子310與電洞312分離且使其等朝向n層313及p層311移動。接著，載子橫向地漂移至陰影區域304中。另外，當將電子310及電洞312注入至作用層309中時，陰影區域304中之過剩電子及電洞產生一正向偏壓。接著，電子及電洞重組，且電致發光314被產生且可(但非必需)由一透鏡115收集以導致一發光126(一EL信號輸出)。
在一實施例中，如本文先前所提及，系統100可經由照明LED結構103之陰影區域304外部之區域且使用一透鏡115及感測器122來收集及偵測來自陰影區域304之電致發光而監測電致發光。在一實施例中，可藉由使用一透明電極144來量測正向電壓VF及注入電流JL而判定內部量子效率。在另一實施例中，可藉由施加來自照明源110之一光脈衝(其具有相同於一光致發光信號之強度)且基於由透明電極144獲取之一JPV信號來量測正向電壓之一振幅而量測正向電壓。此處應注意，可藉由使用由透明電極144拾取之JPV信號V1及由電極302拾取之JPV信號V2及以下關係而量測光電流密度JL：
其中S1、r1及S2、r2分別表示內透明電極144及外透明電極302之面積及半徑(呈一圓形幾何形狀)，且RS表示LED結構103之頂層之薄片 電阻。如本文先前所提及，可使用電致發光強度IEL0、正向電壓VF、光電流JL及上文所提供之公式(2)來判定電致發光IQE。
圖3C及圖3D繪示根據本發明之一實施例之裝配有一管結構320之系統100。在一實施例中，管結構320插入穿過一開口，該開口穿過透鏡115。管結構320用以使來自照明源110之照明322與受激電致發光照明323分離。就此而言，管結構320容許使用透明電極302來量測一JPV信號且量測一電致發光信號323，兩種量測在由照明322所照明之照明區域外部進行。在一實施例中，管結構320可包含一金屬管。在另一實施例中，管結構320包含一非金屬管。
圖3D描繪根據本發明之一實施例之圖3C中所描繪之電致發光產生所涉及之機構之一概念圖。在一實施例中，照明源110在由照明322所照明之照明區域外部之一作用層309內產生電子310及電洞312。此外，一電場使電子310與電洞312分離且使其等朝向n層313及p層311移動。接著，載子在由照明322所照明之照明區域外部橫向地漂移。另外，當將電子310及電洞312注入至作用層309中時，由照明322所照明之照明區域外部之過剩電子及電洞產生一正向偏壓。接著，電子及電洞重組，且電致發光314被產生且可(但非必需)由一透鏡115收集，其導致電致發光信號323(在管結構320外部)。
在一實施例中，系統100可經由照明透明電極144下方之LED結構103之由照明322所照明之照明區域且使用一透鏡115及感測器122來收集及偵測來自由照明322所照明之照明區域外部之區域之電致發光而監測電致發光。如本文先前所提及，管結構320容許系統100使用一透明電極144及一透明電極302(環形電極)來量測一或多個JPV信號，且由照明322所照明之照明區域外部之電致發光由透鏡115及感測器122收集。
此處亦應注意，可使用由透明電極144拾取之JPV信號V1及由電 極302拾取之JPV信號V2以及上文所提供之公式(6)來量測光電流JL，其中S1、r1及S2、r2分別表示內透明電極144及外透明電極302之面積及半徑且RS係頂層311之一薄片電阻。此外，可使用電致發光強度IEL0、正向電壓VF、光電流JL及公式(2)來判定電致發光IQE。
此處應注意，圖3C及圖3D中所描繪之分離機構不受限於管結構320。確切而言，適合於使激發照明322與受激電致發光照明323分離之任何光學元件組適合於本發明中之實施方案。例如，耦合至照明源110之輸出端之一光纖可用於照明透明電極144下方之區域，同時避免暴露於透明電極144外部之區域(在透明電極302下方)。此處應注意，各種類型之光纖束組合器可用於照明一第一區域且自照明區域外部之一區域收集電致發光。
圖3E及圖3F繪示適合於用於使來自照明源110之照明與所得電致發光照明分離之系統100中之實施方案的一光學探針323。例如圖3E中所展示，光學探針可包含：一照明通道324，其包含一或多個照明光纖325；及一讀取通道326，其包含一或多個讀取光纖327。例如，在圖3E所描繪之情況中，照明光纖325可暴露透明電極302(環形電極)下方之晶圓之區域，而讀取光纖327可自中心透明電極144下方之LED結構103之區域收集電致發光。例如圖3F中所展示，照明通道324可包含任何數目個照明光纖325(例如1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個等等)，而讀取通道326可包含任何數目個讀取光纖327(例如1個、2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個等等)。
此處應注意，圖3E中所描繪之組態不具限制性。例如，儘管圖中未展示，然照明通道及讀取通道可經顛倒使得照明通道324照明中心透明電極144之下方之LED結構103之區域，而讀取通道326自透明電極302(環形電極)下方之LED結構103之區域收集電致發光。
圖3G繪示描繪非接觸電致發光強度與接觸電致發光強度之間之 關係的一曲線圖330。如曲線圖330中所展示，類似條件下所量測之非接觸電致發光強度與接觸電致發光強度之間存取一明顯對應性，其由資料(及契合度)332表示。
圖4A繪示描繪根據本發明之一或多個實施例之用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測之一方法400的一流程圖。此處應認知，方法400之步驟之一或多者可由系統100之組件及實施例之一或多者實施。然而，應注意，方法400不受限於系統100之結構限制。
步驟402藉由強度調變光而照明一發光二極體結構之一表面之一照明區域，如本文先前所描述。
步驟404藉由一發光感測器122而自未暴露於強度調變光之發光二極體結構103之一區域量測由光載子漂移誘發之一電致發光強度。例如圖3A及圖3B中所展示，照明源110及感測器122可經配置使得存在未暴露於光307之一陰影區域304。就此而言，感測器122可用於拾取由光載子漂移(例如來自暴露區域之漂移(圖3B中所展示))激勵之任何發光126(電致發光信號)。
步驟406藉由定位於未暴露區域內且定位於發光二極體結構之表面接近處之一第一透明電極144而自發光二極體結構之未暴露區域304量測一未暴露之接面光電壓信號。例如圖3A中所展示，第一透明電極144(例如中心圓形電極)可自LED結構103之未暴露區域量測接面光電壓信號。
步驟408藉由透明電極144外部之一透明電極302而自發光二極體結構103之由光307照明之照明區域量測一暴露之接面光電壓信號。例如圖3A中所展示，透明電極302(例如環繞中心電極之環形電極)可自LED結構103之由光307照明之照明區域量測接面光電壓信號。此處應注意，第一透明電極及第二透明電極兩者可安置於透明元件143上(例如，安置於透明元件之底部上)。
步驟410藉由量測之未暴露接面光電壓及量測之暴露接面光電壓而判定發光二極體結構之一光電流密度。例如，控制器108可計算與量測之未暴露接面光電壓及量測之暴露接面光電極及上文所描述之方程式(6)一起使用之發光二極體結構103之光電流密度。
步驟412量測發光二極體結構之一正向電壓。在一實施例中，藉由以下各者而量測正向電壓VF：(i)由一或多個光脈衝照明發光二極體結構之表面；(ii)由透明電極144量測一第一接面光電壓信號；(iii)由透明電極302量測一第二接面光電壓信號；及(iv)藉由該第一接面光電壓信號及該第二接面光電壓信號而判定發光二極體結構103之正向電壓VF。本文先前已描述用於判定此內文中之正向電壓VF之程序。
步驟414藉由來自發光二極體結構之未暴露區域之量測電致發光強度、發光二極體結構之判定光電流密度或二極體結構之量測正向電壓而判定發光二極體結構之一內部量子效率。例如，控制器108可基於量測及判定值、電致發光強度、光電流及/或量測正向電壓及本文先前所描述之方程式(2)而判定IQE。
圖4B繪示描繪根據本發明之一或多個實施例之用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測之一方法420的一流程圖。此處應認知，方法420之步驟之一或多者可由系統100之組件及實施例之一或多者實施。然而，應注意，方法400不受限於系統100之結構限制。
步驟422藉由強度調變光而照明一發光二極體結構之一表面之一照明區域，如本文先前所描述。
步驟424自未暴露於強度調變光之發光二極體之一區域量測由光載子漂移誘發之一電致發光強度，如本文先前所描述。
步驟426藉由一透明電極144而自發光二極體結構之暴露區域量測一暴露之接面光電壓信號。例如圖3C中所展示，第一透明電極144 (例如中心圓形電極)可自LED結構103之由照明322所照明之照明區域量測接面光電壓信號。
步驟428藉由包圍第一透明電極之一第二透明電極而自發光二極體結構之照明區域量測一未暴露之接面光電壓信號。例如圖3C中所展示，第二透明電極302(例如環繞中心電極之環形電極)可自LED結構103之未暴露區域量測一接面光電壓信號。此處亦應注意，第一透明電極及第二透明電極兩者可安置於透明元件143上(例如，安置於透明元件之底部上)。
步驟430藉由量測之未暴露接面光電壓及量測之暴露接面光電壓而判定發光二極體結構之一光電流密度，如本文先前所描述。
步驟432量測發光二極體結構之一正向電壓，如本文先前所描述。
步驟434判定發光二極體結構之內部量子效率，如本文先前所描述。
圖4C繪示描繪根據本發明之一或多個實施例之用於一LED結構之一或多個特性之無接觸量測之一方法440的一流程圖。此處應認知，方法440之步驟之一或多者可由系統100之組件及實施例之一或多者實施。然而，應注意，方法400不受限於系統100之結構限制。
步驟442藉由強度調變光而照明一發光二極體結構之一表面之一照明區域，如本文先前所描述。步驟444量測該強度調變光之一強度，如本文先前所描述。步驟446自未暴露於該強度調變光之該發光二極體結構之一區域量測由光載子漂移誘發之一電致發光強度，如本文先前所描述。
步驟448藉由比較電致發光強度IEL與調變光之強度IEX而判定一電致發光效率。例如，控制器108可藉由比較自感測器122接收之電致發光信號之強度與來自照明源110之調變光之已知或量測強度(來自感測 器121)而判定電致發光效率。例如，控制器108可藉由計算IEL與IEX之間之一比率而比較電致發光強度IEL與調變光之強度IEX。在另一例項中，控制器108可藉由計算IEL與IEX之間之一差值而比較電致發光強度IEL與調變光之強度IEX。
應進一步認知，控制器108可執行本發明中所描述之各種方法之任何者之一或多個步驟。就此而言，所揭示之方法可實施為一組程式指令。此外，應瞭解，所揭示方法中之步驟之特定順序或階層係例示性方法之實例。應瞭解，基於設計偏好，方法中之步驟之特定順序或階層可經重新配置，同時保持於本發明之精神及範疇內。隨附方法之技術方案依一樣本順序呈現各種步驟之元件，且未必意謂受限於所呈現之特定順序或階層。
在一實施例中，控制器108包含一或多個處理器及記憶體(例如非暫時性記憶體)。控制器108之該一或多個處理器可包含此項技術中已知之任何一或多個處理元件。一般而言，術語「處理器」可經廣義定義以涵蓋具有一或多個處理元件之任何器件，該一或多個處理元件執行來自一非暫時性記憶體媒體之程式指令。該一或多個處理器可包含經組態以執行軟體演算法及/或程式指令之任何微處理器型器件。在一實施例中，該一或多個處理器可包含一桌上型電腦、大型電腦系統、工作站、影像電腦、平行處理器或其他電腦系統(例如網路電腦)之任何者，其經組態以執行經組態以操作系統100之一組程式指令，如本發明中所描述。應認知，可由一單一控制器或替代地由多個控制器實施本發明中所描述之步驟。該記憶體可包含此項技術中已知之任何儲存媒體，其適合於儲存可由控制器108之相關聯之一或多個處理器執行之程式指令。例如，該記憶體可包含(但不限於)一唯讀記憶體、一隨機存取記憶體、一磁性或光學記憶體器件(例如磁碟)、一磁帶、一固態磁碟機等等。此處應注意，在另一實施例中，該記憶體經 組態以儲存來自系統100之各種子系統之一或多者之一或多個結果。在另一實施例中，可相對於該等處理器及控制器108之實體位置而遠端地定位該記憶體。例如，控制器108之該一或多個處理器可存取可透過一網路(例如網際網路、內部網路等等)存取之一遠端記憶體(例如伺服器)。
本文所描述之所有方法可包含：將方法實施例之一或多個步驟之結果儲存於一儲存媒體中。該等結果可包含本文所描述之結果之任何者且可依此項技術中已知之任何方式儲存。該儲存媒體可包含本文所描述之任何儲存媒體或此項技術中已知之任何其他適合儲存媒體。在已儲存該等結果之後，該等結果可存取於該儲存媒體中，且由本文所描述之方法或系統實施例使用，經格式化以對一使用者顯示，由另一軟體模組、方法或系統使用，等等。此外，可「永久地」、「半永久地」、暫時性地或在一段時間內儲存該等結果。例如，該儲存媒體可為隨機存取記憶體(RAM)，且該等結果未必無限期地保存於該儲存媒體中。
可進一步預期，上文所描述之方法之實施例之各者可包含本文所描述之任何(若干)其他方法之任何(若干)其他步驟。另外，可由本文所描述之系統之任何者執行上文所描述之方法之實施例之各者。
熟習此項技術者應瞭解，存在本文所描述之程序及/或系統及/或其他技術可由其實現之各種載體(例如硬體、軟體及/或韌體)，且較佳載體將隨著其中部署該等程序及/或系統及/或其他技術之內文而變動。例如，若一實施者判定速度及準確度最為重要，則該實施者可選擇以硬體及/或韌體為主之一載具；替代地，若靈活性最為重要，則該實施者可選擇以軟體為主之一實施方案；或替代地，該實施者可選擇硬體、軟體及/或韌體之某一組合。因此，存在本文所描述之程序及/或器件及/或其他技術可由其實現之若干可行載體，該等載體之任 何者本質上不優於其他載體，此係因為待利用之任何載體係取決於其中部署該載體之內文及實施者之特定關注點(例如速度、靈活性或可預測性)的一選擇，該內文及該等關注點之任何者可變動。熟習此項技術者應認知，實施方案之光學態樣通常將採用經光學定向之硬體、軟體及/或韌體。
據信，將藉由先前描述而理解本發明及其諸多隨附優點，且應明白，可在不脫離所揭示之標的之情況下或在不犧牲所揭示標的之所有材料優點之情況下對組件之形式、建構及配置作出各種改變。所描述之形式僅具說明性，且以下技術方案意欲涵蓋及包含此等改變。此外，應瞭解，本發明由隨附技術方案界定。

Claims (48)

  1. 一種用於一發光二極體(LED)結構之一或多個特性之無接觸量測的裝置，其包括：一照明單元，其包含藉由一選定強度振幅之光而照明包含一發光二極體結構之一基板之一照明區域的一照明源，該光包含強度調變光或脈衝光之至少一者，該光適合於激勵該照明區域之該發光二極體結構之至少一第一區域內之光致發光；一發光量測單元，其包含經組態以自該照明區域內之該LED結構之該第一區域量測一發光信號的至少一光學感測器；一接面光電壓量測單元，其包含定位於該發光二極體結構接近處且經組態以將光自該照明源傳輸至該LED結構之該第一區域的至少一第一透明電極，其中該第一透明電極經組態以量測與該照明區域內之該第一區域對應之該發光二極體結構之一接面光電壓信號，其中該第一透明電極之區域小於由該照明單元照明之該照明區域；一控制器，其至少通信地耦合至該發光量測單元、該接面光電壓量測單元及該照明單元，該控制器經組態以：控制來自該照明源之該光之一或多個特性；自該發光量測單元接收該發光信號之一或多個量測；自該接面光電壓量測單元接收該接面光電壓信號之一或多個量測；基於該發光信號之該所接收之一或多個量測之一或多個特性及該接面光電壓信號之該所接收之一或多個量測之一或多個特性而判定該發光二極體結構之一內部量子效率或一內部注入效率之至少一者，其中該發光信號之該一或多個特性包 括該發光信號之一暫態(transient)。
  2. 如請求項1之裝置，其中該控制器經進一步組態以：藉由來自該發光區域之該發光二極體結構之一判定接面光電壓正向電壓、該發光二極體結構之一光電流密度或該發光信號之電致發光分量之一強度的至少一者而判定該發光二極體結構之一內部量子效率或一內部注入效率之至少一者。
  3. 如請求項1之裝置，其中該照明源經組態以發射依一選定調變頻率調變之光。
  4. 如請求項1之裝置，其中該照明源經組態以發射具有一選定光度及脈衝持續時間之脈衝光。
  5. 如請求項1之裝置，其中該照明源包括：一發光二極體、一雷射或一濾波閃光燈之至少一者。
  6. 如請求項1之裝置，其中該接面光電壓量測單元進一步包含：一或多個信號處理元件。
  7. 如請求項6之裝置，其中該一或多個信號處理元件包括：一前置放大器或偵測器之至少一者。
  8. 如請求項1之裝置，其中該發光量測單元進一步包含：一或多個信號處理元件。
  9. 如請求項8之裝置，其中該一或多個信號處理元件包括：一前置放大器或偵測器之至少一者。
  10. 如請求項1之裝置，其中包含一發光二極體結構之該基板安置於一夾盤上。
  11. 如請求項10之裝置，其進一步包括：一信號產生器，其經由一開關而電耦合至該夾盤。
  12. 如請求項1之裝置，其中該發光信號之該一或多個特性包括：該發光信號之一振幅。
  13. 如請求項1之裝置，其中該接面光電壓信號之該一或多個特性包括：該接面光電壓信號之一暫態或該接面光電壓信號之一振幅的至少一者。
  14. 如請求項1之裝置，其進一步包括：一透明元件，其經組態以至少固定該第一透明電極。
  15. 如請求項1之裝置，其進一步包括：至少一導電墊，其將該發光二極體結構之一p層電耦合至該發光二極體結構之一n層。
  16. 如請求項1之裝置，其進一步包括：一額外電極，其安置於一垂直台上且定位於該發光二極體結構接近處。
  17. 一種用於一發光二極體結構之一或多個特性之無接觸量測的裝置，其包括：一照明單元，其包含藉由一選定強度振幅之光而照明包含一發光二極體結構之一基板之一照明區域的一照明源，該光包含強度調變光或脈衝光之至少一者，該光適合於激勵該照明區域之該發光二極體結構之至少一第一區域內之光致發光；一發光量測單元，其包含經組態以自未暴露於該強度調變光之該發光二極體結構之一區域量測一電致發光強度的至少一光學感測器；一第一接面光電壓量測單元，其包含定位於該發光二極體結構接近處且經組態以自該發光二極體結構之該未暴露區域量測一未暴露之接面光電壓信號的至少一第一透明電極；一第二接面光電壓量測單元，其包含定位於該發光二極體結構接近處之至少一第二透明電極，該第二透明電極包圍該第一 透明電極且經組態以自該第一透明電極外部之該發光二極體結構之該照明區域量測一暴露之接面光電壓信號；一控制器，其至少通信地耦合至該發光量測單元、該第一接面光電壓量測單元、該第二接面光電壓量測單元及該照明單元，該控制器經組態以：控制來自該照明源之該光之一或多個特性；自該發光量測單元接收該電致發光信號之一或多個量測；自該第一接面光電壓量測單元接收該未暴露之接面光電壓信號之一或多個量測；自該第二接面光電壓量測單元接收該暴露之接面光電壓信號之一或多個量測；藉由該量測之未暴露接面光電壓及該量測之暴露接面光電壓而判定該發光二極體結構之一光電流密度；基於來自該第一透明電極之一或多個額外接面光電壓量測及來自該第二透明電極之一或多個額外接面光電壓量測而判定該發光二極體結構之一正向電壓；及藉由來自該發光二極體結構之該未暴露區域之該量測電致發光強度、該發光二極體結構之該判定光電流密度或該發光二極體結構之該判定正向電壓的至少一者而判定該發光二極體結構之一內部量子效率。
  18. 如請求項17之裝置，其中該照明源藉由具有一環形形狀之一照明區域而照明該發光二極體結構，其中該照明區域之一中心區域未暴露於來自該照明源之照明。
  19. 如請求項17之裝置，其中該照明源經組態以發射依一選定調變頻率調變之光。
  20. 如請求項17之裝置，其中該照明源經組態以發射具有一選定光 度及脈衝持續時間之脈衝光。
  21. 如請求項17之裝置，其中該照明源包括：一發光二極體、一雷射或一濾波閃光燈之至少一者。
  22. 如請求項17之裝置，其中該第一接面光電壓量測單元或該第二接面光電壓單元之至少一者進一步包含：一或多個信號處理元件。
  23. 如請求項22之裝置，其中該一或多個信號處理元件包括：一前置放大器或偵測器之至少一者。
  24. 如請求項17之裝置，其中該發光量測單元進一步包含：一或多個信號處理元件。
  25. 如請求項24之裝置，其中該一或多個信號處理元件包括：一前置放大器或偵測器之至少一者。
  26. 如請求項17之裝置，其中包含一發光二極體結構之該基板安置於一夾盤上。
  27. 如請求項26之裝置，其進一步包括：一信號產生器，其經由一開關而電耦合至該夾盤。
  28. 如請求項17之裝置，其進一步包括：一透明元件，其經組態以固定該第一透明電極或該第二透明電極之至少一者。
  29. 如請求項17之裝置，其進一步包括：至少一導電墊，其將該發光二極體結構之一p層電耦合至該發光二極體結構之一n層。
  30. 如請求項17之裝置，其進一步包括：一額外電極，其安置於一垂直台上且定位於該發光二極體結構接近處。
  31. 一種用於一發光二極體結構之一或多個特性之無接觸量測的裝 置，其包括：一照明單元，其包含藉由一選定強度振幅之光而照明包含一發光二極體結構之一基板之一照明區域的一照明源，該光包含強度調變光或脈衝光之至少一者，該光適合於激勵該照明區域之該發光二極體結構之至少一第一區域內之光致發光；一發光量測單元，其包含經組態以自未暴露於該強度調變光之該發光二極體結構之一區域量測一電致發光強度的至少一光學感測器；一第一接面光電壓量測單元，其包含定位於該發光二極體結構接近處且經組態以自該發光二極體結構之該暴露區域量測一暴露之接面光電壓信號的至少一第一透明電極；一第二接面光電壓量測單元，其包含定位於該發光二極體結構接近處之至少一第二透明電極，該第二透明電極包圍該第一透明電極且經組態以自該第一透明電極外部之該發光二極體結構之該照明區域量測一未暴露之接面光電壓信號；一控制器，其至少通信地耦合至該發光量測單元、該第一接面光電壓量測單元、該第二接面光電壓量測單元及該照明單元，該控制器經組態以：控制來自該照明源之該光之一或多個特性；自該發光量測單元接收該電致發光信號之一或多個量測；自該第一接面光電壓量測單元接收該暴露之接面光電壓信號之一或多個量測；自該第二接面光電壓量測單元接收該未暴露之接面光電壓信號之一或多個量測；藉由該量測之未暴露接面光電壓及該量測之暴露接面光電壓而判定該發光二極體結構之一光電流密度； 基於來自該第一透明電極之一或多個額外接面光電壓量測及來自該第二透明電極之一或多個額外接面光電壓量測而判定該發光二極體結構之一正向電壓；及藉由來自該發光二極體結構之該未暴露區域之該量測電致發光強度、該發光二極體結構之該判定光電流密度或該發光二極體結構之該判定正向電壓的至少一者而判定該發光二極體結構之一內部量子效率。
  32. 如請求項31之裝置，其進一步包括：一管結構，其經配置以使照明自該照明源傳至該發光二極體結構之表面且使來自該照明源之照明與該電致發光分離。
  33. 如請求項32之裝置，其中該照明源藉由具有一圓形形狀之一照明區域而照明該發光二極體結構，其中該照明區域之一中心區域暴露於該照明源之照明。
  34. 如請求項31之裝置，其進一步包括：一或多個光纖，其耦合至該照明源之一輸出端且經配置以照明該發光二極體結構之該表面且使來自該照明源之照明與該電致發光分離。
  35. 一種用於一發光二極體(LED)結構之一或多個特性之無接觸量測的方法，其包括：由一或多個光脈衝照明一發光二極體結構之一表面之一照明區域；由一發光感測器自該照明區域內之一發光區域量測一發光信號之一暫態；由定位於該照明區域內且定位於該發光二極體結構之該表面接近處之一透明電極自該照明區域內之該發光區域量測一接面光電壓(JPV)信號之一暫態； 自該發光區域判定該發光二極體結構之一接面光電壓正向電壓；判定該發光二極體結構之一光電流密度；判定該發光信號之一電致發光分量之一強度；及藉由來自該發光區域之該發光二極體結構之該判定接面光電壓正向電壓、該發光二極體結構之該光電流密度或該發光信號之該電致發光分量之該強度的至少一者而判定該發光二極體結構之一內部量子效率或一內部注入效率之至少一者。
  36. 如請求項35之方法，其中基於由該透明電極自該發光區域量測之該接面光電壓信號之振幅而判定該發光區域之該接面光電壓正向電壓。
  37. 如請求項35之方法，其中該判定該LED結構之一光電流密度包括：判定該JPV信號之該暫態在該JPV信號之一前緣處之一導數；獲取該LED結構之一p-n接面之一電容；及藉由該JPV信號之該暫態在該JPV信號之一前緣處之該導數及該LED結構之該p-n接面之該電容而計算該LED結構之該光電流密度。
  38. 如請求項35之方法，其中該判定該發光信號之一電致發光分量之一強度包括：基於該接面光電壓之該暫態而將具有與低於該電致發光信號之一接通電壓之該接面光電壓正向電壓對應之一第一時間間隔之脈衝照明施加至該發光二極體結構；基於該接面光電壓之該暫態而將具有與高於該電致發光信號之該接通電壓之該接面光電壓正向電壓對應之一第二時間間隔之脈衝照明施加至該發光二極體結構；及 藉由計算該第二時間間隔期間所獲取之一第一發光信號與該第一時間間隔期間所獲取之一第二發光信號之間之一差值而判定該發光信號之該電致發光分量之該強度。
  39. 如請求項35之方法，其中該判定該發光信號之一電致發光分量之一強度包括：在終止該發光二極體結構之該照明之後，識別該發光信號之衰變之一選定時間之後之該發光信號之一值。
  40. 如請求項35之方法，其中該判定該發光信號之一電致發光分量之一強度包括：建立該一或多個光脈衝之一持續時間以便由具有足以在正向電壓高於電致發光接通電壓時建立一穩態條件之一第一持續時間之一或多個第一光脈衝照明該照明區域；建立該一或多個光脈衝之一持續時間以便由具有比該第一持續時間短且足以在該正向電壓低於該電致發光接通電壓時建立一非穩態條件之一第二持續時間之一或多個第二光脈衝照明該照明區域；及藉由計算藉由該一或多個第一光脈衝之照明期間所獲取之一第一發光強度與藉由該一或多個第二光脈衝之照明期間所獲取之一第二發光強度之間之該差值而判定該電致發光信號分量之該強度。
  41. 一種用於一發光二極體結構之一或多個特性之無接觸量測的方法，其包括：由一或多個光脈衝照明一發光二極體結構之一表面之一照明區域；由一發光感測器自該發光二極體結構之該照明區域內之一發光區域量測一發光信號之一暫態； 自該發光二極體結構判定該發光信號之該量測暫態之一第一時間處之一第一發光強度；自該發光二極體結構判定不同於該發光信號之該量測暫態之該第一時間之一第二時間處之一第二發光強度；及藉由該第一發光強度及該第二發光強度而自該發光二極體結構判定該發光信號之該電致發光分量之一強度。
  42. 如請求項41之方法，其進一步包括：由一或多個光脈衝照明具有一已知內部量子效率之一校準晶圓之一表面之一照明區域；由一發光感測器自該校準晶圓之該照明區域內之一發光區域量測一發光信號之一暫態；自該校準晶圓判定該發光信號之該量測暫態之一第一時間處之一第一發光強度；自該校準晶圓判定不同於該發光信號之該量測暫態之該第一時間之一第二時間處之一第二發光強度；基於該第一發光強度及該第二發光強度而自該校準晶圓判定該發光信號之該電致發光分量之一強度；及藉由來自該發光二極體結構之該電致發光分量強度、來自該校準晶圓之該電致發光分量之該強度及該校準晶圓之該已知內部量子效率而判定該發光二極體結構之一內部量子效率。
  43. 一種用於一發光二極體結構之一或多個特性之無接觸量測的方法，其包括：由一第一脈衝持續時間之一或多個第一光脈衝照明一發光二極體結構之一表面之一照明區域；由一第二脈衝持續時間之一或多個第二光脈衝照明該發光二極體結構之該表面之該照明區域； 自由該一或多個第一光脈衝激勵之該發光二極體結構量測一第一發光強度；自由該一或多個第二光脈衝激勵之該發光二極體結構量測一第二發光強度；及基於該第一發光強度及該第二發光強度而自該發光二極體結構判定該發光信號之該電致發光分量之一強度。
  44. 如請求項43之方法，其進一步包括：由一第一脈衝持續時間之一或多個第一光脈衝照明具有一已知內部量子效率之一校準晶圓之一表面之一照明區域；由一第二脈衝持續時間之一或多個第二光脈衝照明該校準晶圓之該表面之該照明區域；自由該一或多個第一光脈衝激勵之該校準晶圓量測一第一發光強度；自由該一或多個第二光脈衝激勵之該校準晶圓量測一第二發光強度；基於該第一發光強度及該第二發光強度而自該校準晶圓判定該發光信號之該電致發光分量之一強度；及藉由來自該發光二極體結構之該電致發光分量之該強度、來自該校準晶圓之該電致發光分量之該強度及該校準晶圓之該已知內部量子效率而判定該發光二極體結構之一內部量子效率。
  45. 一種用於一發光二極體結構之一或多個特性之無接觸量測的方法，其包括：由強度調變光照明一發光二極體結構之一表面之一照明區域；由一發光感測器自未暴露於該強度調變光之該發光二極體之一區域量測由光載子漂移誘發之一電致發光強度； 由定位於該未暴露區域內且定位於該發光二極體結構之該表面接近處之一第一透明電極自該發光二極體結構之該未暴露區域量測一未暴露之接面光電壓信號；由位於該第一透明電極外部，定位於該照明區域內且定位於該發光二極體結構之該表面接近處之一第二透明電極自該發光二極體結構之該照明區域量測一暴露之接面光電壓信號；藉由該量測之未暴露接面光電壓及該量測之暴露接面光電壓而判定該發光二極體結構之一光電流密度；量測該發光二極體結構之一正向電壓；及藉由來自該發光二極體結構之該未暴露區域之該量測電致發光強度、該發光二極體結構之該判定光電流密度或該發光二極體結構之該量測正向電壓的至少一者而判定該發光二極體結構之一內部量子效率。
  46. 如請求項45之方法，其中該量測該發光二極體結構之一正向電壓包括：由一或多個光脈衝照明該發光二極體結構之該表面；由該第一透明電極量測一第一接面光電壓信號；由該第二透明電極量測一第二接面光電壓信號；及藉由該第一接面光電壓信號及該第二接面光電壓信號而判定該發光二極體結構之該正向電壓。
  47. 一種用於一發光二極體結構之一或多個特性之無接觸量測的方法，其包括：由強度調變光照明一發光二極體結構之一表面之一照明區域；由一發光感測器自未暴露於該強度調變光之該發光二極體之一區域量測由光載子漂移誘發之一電致發光強度； 由定位於該暴露區域內且定位於該發光二極體結構之該表面接近處之一第一透明電極自該發光二極體結構之該暴露區域量測一暴露之接面光電壓信號；由包圍該第一透明電極且定位於該發光二極體結構之該表面接近處之一第二透明電極自該發光二極體結構之該照明區域量測一未暴露之接面光電壓信號；藉由該量測之未暴露接面光電壓及該量測之暴露接面光電壓而判定該發光二極體結構之一光電流密度；量測該發光二極體結構之一正向電壓；及藉由來自該發光二極體結構之該未暴露區域之該量測電致發光強度、該發光二極體結構之該判定光電流密度或該二極體結構之該量測正向電壓的至少一者而判定該發光二極體結構之一內部量子效率。
  48. 一種用於一發光二極體結構之一或多個特性之無接觸量測的方法，其包括：由強度調變光照明一發光二極體結構之一表面之一照明區域；量測該強度調變光之一強度；由一發光感測器自未暴露於該強度調變光之該發光二極體結構之一區域量測由光載子漂移誘發之一電致發光強度；及藉由比較該電致發光強度與該強度調變光之該強度而判定一電致發光效率。
TW103131808A 2013-09-14 2014-09-15 用於在發光二極體結構中之內部量子效率之非接觸量測的方法及裝置 TWI641851B (zh)

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