采用光激励的LED光电特性的非接触检测技术

针对目前用于测试LED外延片或者芯片光电特性的仪器多采用接触式的电注入检测方法，存在系统复杂，成本高，检测效率低，且易造成芯片损伤等不足，提出一种基于LED光致发光效应的非接触式检测方法和仪器系统，适合LED芯片大批量生产的应用。通过获取光激励LED pn结产生的光致发光特性，在建立了LED光致发光、电致发光效应之间的确切联系以及LED发光光谱特性与其电特性之间的对应关系的基础上，对光致发光光谱进行分析处理以同时确定LED的光特性与电特性参数。根据该非接触检测原理，设计针对单个芯片和外延片的检测仪器系统，对于外延片的检测，除了采用光源逐个扫描单个pn结的方式外，也可采用让光源同时照射到整个外延片或者选定区域，用图像传感器检测多个pn结的发光光谱的方式，这样可大大提高检测速度。

针对目前用于测试LED外延片或者芯片光电特性的仪器多采用接触式的电注入检测方法，存在系统复杂，成本高，检测效率低，且易造成芯片损伤等不足，首次提出一种基于LED光致发光效应的非接触式检测方法和仪器系统，适合LED芯片大批量生产的应用。通过研究LED发光光谱以及电流电压特性的影响因素，建立了在光注入与电注入下LED发光光谱与电压电流特性的联系，研究结果表明：影响LED发光光谱与电特性的主要因素是pn结温度，在保证LED结温相同的条件下，可以用光注入代替电注入实现LED特性参数的检测。研究了LED发光光谱与LEDpn结温度的关系，建立了从LED发光光谱中估计LED结温的模型。研究了LED发光光谱与LED电流电压特性之间的关系，建立了从LED发光光谱中估计LED电流电压特性的方法。研究了LED理想因子的影响因素，建立了LED理想因子模型，从而能够从LED发光光谱中估计LED理想因子。理想因子是LED的重要电特性参数，它反映了晶体生长结构与外量子效率方面的特性，因此针对理想因子的研究对于检验LED晶体质量，提高器件的成品率具有重要意义。针对传统的LED归一化理论光谱与实测LED归一化光谱明显存在差异，会导致从模型中估计的参数存在很大误差的问题，对LED归一化理论光谱进行了修正。这样也可以依据修正后的谱模型，从实测光谱中比较准确地估算出结温、禁带宽度等LED基本参数。另一方面，在分析出自吸收谱的基本性质随温度的变化规律基础上，还可控制自吸收效应，这对于提高LED的外量子效率和合理选择LED材料及设计其结构有重要指导意义。在此基础上，通过光激励LED，并检测其光致发光光谱来确定LED的光电特性，实现了LED的非接触检测。通过搭建的LED参数检测的系统样机进行实验验证，实验结果从原理上证明了估计方法的有效性，从LED光致发光光谱中估计得到的电流电压曲线误差小于0.5％。该方法通过光激励和光检测实现LED的参数检测，实现了真正意义上的非接触，具有重大的科学技术意义和广泛的应用前景。