CN104833450A - 一种原位测试led应力的拉曼测试***及其测试方法 - Google Patents

Abstract

一种原位测试LED应力的拉曼测试***及其测试方法，测试***设有激光器、光路***、长波通或带通滤波片、拉曼滤镜、显微镜、CCD；长波通或带通滤波片设在拉曼光路中的显微镜光路前端、显微镜光路后端、拉曼滤镜前端、拉曼滤镜后端或CCD前端等，并与波长远离LED发光光谱的激光器结合。测试方法：首先采用显微镜进行调节样品的位置，使样品处理聚焦状态；关闭显微镜的光源，打开激光器，激光器用来发射拉曼测试需要的激光光线，光路***传输激光的输入和输出信号，反射光线经过拉曼滤镜进行信号处理和过滤，最终的信号被CCD所探测。提升拉曼信号的信噪比，实现不同电流注入条件下的LED应力的原位测试。

Description

一种原位测试LED应力的拉曼测试***及其测试方法

技术领域

本发明涉及半导体光电与半导体测试，特别是涉及一种一种原位测试LED应力的拉曼测试***及其测试方法。

背景技术

发光二极管(LED)一般采用异质外延，在电流注入情况下，因材料间的晶格常数、热膨胀系数、电流电压对晶格的影响等差异^[1],[2],[3]，，LED的应力会发生变化，从而引起LED的发光强度下降、efficiency droop、发光波长偏移、封装失配等问题^[4],[5]。传统半导体的应力测试一般采用拉曼测试***，但由于拉曼散射信号强度较弱，较LED在电流注入条件下的荧光强度低2～3个数量级，导致传统的拉曼测试***的拉曼信号会被LED的荧光光谱所淹没，无法获得信噪比高的拉曼光谱，因此，采用传统的拉曼测试***无法对电流注入下的LED进行应力测试。

鉴于现有拉曼测试***无法解决电流注入条件下的LED应力测试，难以检测和分析应力对LED各项性能的影响，因此有必要提出一种新的原位测试LED应力的方法。

参考文献：

[1]Wu J 2009When group-III nitrides go infrared:New properties andperspectives Journal of Applied Physics106.

[2]Piprek J 2010Efficiency droop in nitride-based light-emitting diodesPhysica Status Solidi(A)Applications and Materials Science207 2217–25.

[3]Aumer M E,LeBoeuf S F,Bedair S M,Smith M,Lin J Y and Jiang H X 2000Effects of tensile and compressive strain on the luminescence properties ofAlInGaN/InGaN quantum well structures Applied Physics Letters77 821–3.

[4]Kisielowski C,Krüger J,Ruvimov S,Suski T,Ager J,Jones E,Liliental-Weber Z,Rubin M,Weber E,Bremser M and Davis R 1996Strain-relatedphenomena in GaN thin films Physical Review B54 17745–53.

[5]Yan Q,Rinke P,Janotti A,Scheffler M and Walle C G Van De 2014Effectsof strain on the band structure of group-III nitrides Physical Review B125118 125118.

发明内容

本发明的目的是提供一种原位测试LED应力的拉曼测试***。

本发明的另一目的是提供一种原位测试LED应力的拉曼测试方法。

一种原位测试LED应力的拉曼测试***，设有激光器、光路***、长波通或带通滤波片、拉曼滤镜、显微镜、CCD；所述长波通或带通滤波片设在拉曼光路中的显微镜光路前端、显微镜光路后端、拉曼滤镜前端、拉曼滤镜后端或CCD前端等，优选显微镜光路后端，并与波长远离LED发光光谱的激光器结合。

所述长波通或带通滤波片允许通过信号的波长大于600nm，波长小于600nm的信号被过滤，长波通或带通滤波片优选波长>600nm的长波通滤波片。

所述长波通或带通滤波片的数量为N片，N≥1，优选1片。

所述激光器的波长必须远离LED的电致发光光谱区域(波长大于600nm的激光器)，以减少电致荧光谱对拉曼信号的干扰，优选波长为633nm的He-Ne激光器。

一种原位测试LED应力的拉曼测试方法，采用所述原位测试LED应力的拉曼测试***，包括以下步骤：

首先采用显微镜进行调节样品的位置，使样品处理聚焦状态；然后，关闭显微镜的光源，打开激光器，激光器用来发射拉曼测试需要的激光光线，光路***传输激光的输入和输出信号，反射光线经过拉曼滤镜进行信号处理和过滤，最终的信号被CCD所探测。

本发明在拉曼测试***的光路***中引入长波通或带通滤波片，并选择激光波长远离LED电致发光光谱的激光器，以避免拉曼信号受电流注入条件下的LED的电致荧光光谱的干扰，进而提升拉曼信号的信噪比，实现不同电流注入条件下的LED应力的原位测试。

本发明可实现在不同电流注入条件下的LED应力的原位检测，所述原位拉曼测试***可对波长在100～600nm的LED发光二极管进行应力的原位拉曼测试。

附图说明

图1为本发明原位测试LED应力的拉曼测试***实施例的组成示意图。

图2为本发明实施例的原位测试LED应力的拉曼测试方法的原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1，本发明原位测试LED应力的拉曼测试***实施例设有激光器1、光路***a/b/c/d、长波通或带通滤波片2、拉曼滤镜3、显微镜4、CCD 5；所述长波通或带通滤波片2设在拉曼光路中的显微镜光路前端、显微镜光路后端、拉曼滤镜前端、拉曼滤镜后端或CCD前端等，优选显微镜光路后端，并与波长远离LED发光光谱的激光器结合。

所述长波通或带通滤波片2允许通过信号的波长大于600nm，波长小于600nm的信号被过滤，长波通或带通滤波片优选波长>600nm的长波通滤波片。

所述长波通或带通滤波片2的数量为N片，N≥1，优选1片。

所述激光器的波长必须远离LED的电致发光光谱区域(波长大于600nm的激光器)，以减少电致荧光谱对拉曼信号的干扰，优选波长为633nm的He-Ne激光器。

在图1中，标记A为透镜，B为反光镜，P为样品。

原位测试LED应力的拉曼测试方法如下：

首先采用显微镜进行调节样品的位置，使样品处理聚焦状态。然后，关闭显微镜的光源，打开激光器，激光器用来发射拉曼测试需要的激光光线，光路***传输激光的输入和输出信号，反射光线经过拉曼滤镜进行信号处理和过滤，最终的信号被CCD所探测。

所述的拉曼测试***选择波长远离LED发光光谱的激光波长，优选633nm的激光器。在拉曼光路中***的滤波片，优选1片波长>600nm的长波通滤波片，引入位置在显微镜光路b的后端，通过滤波片对不同电流注入下的光致荧光的过滤，可以获得信噪比较高的拉曼信号，通过公式转换为应力，从而可实时监控不同电流注入下的LED的应力变化。

本发明所提出的一种原位测试LED应力的拉曼测试方法对蓝光发光二极管进行测试的原理示意图见附图2。由图2可知，GaN基的蓝光发光二极管的主发光峰455nm，黄带发光峰为500～600nm，GaN材料的带边发光峰为365nm。传统的拉曼测试***一般采用Ar+488nm激光器、Nd:YAG 532nm激光器和He-Ne 633nm激光器来作为激光的光源，以上所述三种激光光源对应的E₂模的波长位置分别位于501.9nm，548.6nm和656.6nm。虽然所有激光光源的E₂模均可远离蓝光LED的主发光峰，但488nm和532nm激光对应的E₂模会受到蓝光LED的黄带峰500～600nm缺陷峰的影响，特别在大电流注入条件，黄带峰的强度会急剧增强，严重干扰拉曼信号，引起信噪比的大幅下降。因此，对于蓝光LED，633nm激光器是相对合适的激光源，因其E₂模既可远离主发光峰又可远离黄带发光峰。

另外，采种背散射的方式进行拉曼测试，可根据拉曼频移来计算应力的变化。GaN的E₂模的频率偏移根据如下的公式(1)来计算GaN基LED的应力变化(Zhang L,Yu J,Hao X,Wu Y,Dai Y,Shao Y,Zhang H and Tian Y 2014Influence of stress in GaN crystals grownby HVPE on MOCVD-GaN/6H-SiC substrate.Scientific reports4 4179)：

${\mathrm{\σ}}_a=\frac{\mathrm{\Δ\ω}}{4.3}\left({\mathrm{cm}}^{-1}G{\mathrm{Pa}}^{-1}\right)---\left(1\right)$

为频率偏移，ω₁为测得的拉曼的波数(或频率)，ω₀为无应力条件下的拉曼波数(或频率)，σ_a为应力大小。GaN氮化镓在无应力条件下的拉曼波数位ω₀于于567.1cm^-1[6]，结合测得的拉曼波数ω₁，代入公式(1)即可计算应力大小。

同时，在电流注入条件下，LED的荧光信号强度较拉曼信号大2～3个数量级，导致传统的拉曼测试***的拉曼信号会被荧光信号所淹没，难以获得高信噪比的拉曼光谱。为获得高信噪比的拉曼信号，本发明创造性地采用在拉曼光路中***长波通或带通滤波片，优选为长波通滤波片，其原理图如图1所示，波长短于600nm的信号均被过滤，可将LED的电致荧光光谱全部屏蔽，只允许波长大于600nm的信号通过。

Claims (9)

1.一种原位测试LED应力的拉曼测试***，设有激光器、光路***、拉曼滤镜、显微镜、CCD；其特征在于还设有长波通或带通滤波片，所述长波通或带通滤波片设在拉曼光路中的显微镜光路前端、显微镜光路后端、拉曼滤镜前端、拉曼滤镜后端或CCD前端。

2.如权利要求1所述一种原位测试LED应力的拉曼测试***，其特征在于所述长波通或带通滤波片设在显微镜光路后端。

3.如权利要求1或2所述一种原位测试LED应力的拉曼测试***，其特征在于所述长波通或带通滤波片允许通过信号的波长大于600nm，波长小于600nm的信号被过滤。

4.如权利要求1或2所述一种原位测试LED应力的拉曼测试***，其特征在于所述长波通或带通滤波片采用波长>600nm的长波通滤波片。

5.如权利要求1所述一种原位测试LED应力的拉曼测试***，其特征在于所述长波通或带通滤波片的数量为N片，N≥1。

6.如权利要求5所述一种原位测试LED应力的拉曼测试***，其特征在于所述长波通或带通滤波片的数量为1片。

7.如权利要求1所述一种原位测试LED应力的拉曼测试***，其特征在于所述激光器的波长必须远离LED的电致发光光谱区域，激光器采用波长大于600nm的激光器。

8.如权利要求7所述一种原位测试LED应力的拉曼测试***，其特征在于所述激光器采用波长为633nm的He-Ne激光器。

9.一种原位测试LED应力的拉曼测试方法，其特征在于采用如权利要求1所述一种原位测试LED应力的拉曼测试***，所述方法包括以下步骤：

首先采用显微镜进行调节样品的位置，使样品处理聚焦状态；然后，关闭显微镜的光源，打开激光器，激光器用来发射拉曼测试需要的激光光线，光路***传输激光的输入和输出信号，反射光线经过拉曼滤镜进行信号处理和过滤，最终的信号被CCD所探测。