[發(fā)明專利]一種判斷氮化鎵基發(fā)光二級管非輻射復(fù)合中心濃度的方法

無效

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• 申請日: 2008-02-20
• 公開（公告）號: CN101231309A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陸衛(wèi);李為軍;張波;李天信;陳平平;李寧;李志鋒;陳效雙
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所
• 主分類號: G01R19/08
• 分類號: G01R19/08;G01J3/28
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 郭英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體氮化鎵(GaN)基發(fā)光二極管(LED)，具體是指一種判斷GaN基發(fā)光二級管內(nèi)部非輻射復(fù)合中心濃度的方法。

背景技術(shù)

GaN基LED是繼GaAs，InP等第二代半導(dǎo)體材料后出現(xiàn)的第三代新型半導(dǎo)體材料。雖然GaN基LED已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，但由于襯底和外延膜的晶格不匹配效應(yīng)導(dǎo)致LED內(nèi)部存在大量的非輻射缺陷復(fù)合中心。這些非輻射缺陷復(fù)合中心使得GaN基LED內(nèi)部光電轉(zhuǎn)換效率很低，嚴(yán)重影響了LED產(chǎn)業(yè)化進程。具有穩(wěn)定的生產(chǎn)工藝和高效的量子器件結(jié)構(gòu)，是目前GaN基LED生產(chǎn)企業(yè)追求的目標(biāo)。目前很多生產(chǎn)企業(yè)為改進LED發(fā)光效率，一般都是通過LED生產(chǎn)-光學(xué)測量-改變生產(chǎn)條件-LED再生產(chǎn)-光學(xué)測量這個繁瑣而漫長的循環(huán)過程完成的。這種改進過程是通過現(xiàn)象變化來改變生產(chǎn)條件，實際LED內(nèi)部大量的非輻射復(fù)合中心才是嚴(yán)重制約其光學(xué)性能的提高。因此，直接通過檢測GaN基LED器件內(nèi)非輻射復(fù)合中心濃度的方法來指導(dǎo)生產(chǎn)工藝，則具有更明確的方向性和前瞻性，有利于生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)效率和市場競爭力的提高。然而，目前還沒有一種檢測GaN基LED器件內(nèi)部非輻射復(fù)合中心濃度的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是要提出一種判斷GaN基LED器件內(nèi)部非輻射復(fù)合中心濃度的方法。

本發(fā)明的判斷依據(jù)原理是：當(dāng)器件存在大量的非輻射復(fù)合中心時，隨著注入電流加大，會導(dǎo)致材料發(fā)光區(qū)域中的載流子濃度上升，進而產(chǎn)生對非輻射復(fù)合中心屏蔽能力的上升，因此在器件實測的外注入電流下的發(fā)光光譜強度隨注入電流增強(EL譜)呈現(xiàn)超線性的增強規(guī)律。而理論模型計算的EL譜不考慮非輻射復(fù)合中心屏蔽效應(yīng)，因此，理論計算得到EL譜強度隨電流增強呈現(xiàn)亞線性的飽和特征的增強規(guī)律。所以可以利用實驗與理論偏離的效應(yīng)判斷GaN基LED器件內(nèi)非輻射復(fù)合中心濃度的大小。

本發(fā)明的一種判斷GaN基LED器件內(nèi)部非輻射復(fù)合中心濃度的方法，具體步驟如下：

A.將按照工業(yè)生產(chǎn)過程制備的GaN基LED芯片置于顯微熒光光譜儀的物鏡下，接通電源使LED發(fā)光，移動樣品臺使LED發(fā)光光束對準(zhǔn)物鏡，將注入電流調(diào)至最低但仍可發(fā)光，調(diào)節(jié)焦距，將物鏡焦點聚在LED發(fā)光面上；

B.調(diào)節(jié)注入電流，從0開始逐漸增大，每間隔一電流值由顯微熒光光譜儀上的CCD探測器采集每一個注入電流情況下的EL光譜；

C.利用商業(yè)化的Crosslight模擬軟件程序包APSYS，按照GaN基LED芯片參數(shù)，即各層厚度、n型或p型載流子摻雜濃度、量子阱層的組分，利用有限元原理，載流子漂移-擴散模型，通過解泊松方程、電流連續(xù)性方程、載流子能量傳輸方程、熱傳輸方程和標(biāo)量波動方程進行理論模擬計算不同注入電流下的EL光譜；

D.再利用商業(yè)化的軟件Origin分別對理論模擬計算值和實驗測量數(shù)據(jù)用二次函數(shù)：Y＝c+bx+ax²進行擬合計算，其中Y是EL光譜發(fā)光強度值，x是注入電流值，a、b和c是擬合系數(shù)；

然后對理論計算和實測的EL光譜擬合后各自的二次項系數(shù)a的差異δa進行比對，差異越大表明LED內(nèi)部存在的非輻射復(fù)合中心濃度越高，反之則越小。

本發(fā)明的方法操作簡單，對樣品無破壞性，判斷標(biāo)準(zhǔn)明顯，便于對產(chǎn)品進行分級銷售，有利于產(chǎn)品質(zhì)量的升級、成本的降低和生產(chǎn)效率的提高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實施例在5mA-30mA，間隔5mA注入電流情況下，實測和理論計算的EL光譜，圖中方框內(nèi)電流值所指的譜線為理論計算的EL光譜線，無方框電流值所指的譜線為實測EL光譜線。

圖2為本實施例的理論計算和實測EL光譜分別經(jīng)二次函數(shù)擬合后的曲線，方形點為理論模擬計算擬合后的曲線，圓形點為實測擬合后的曲線。

具體實施方式

下面通過實施例及附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。