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    重庆时时彩独胆介绍: 同时测量LED中衬底温度和器件层温度的方法.pdf

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    同时 测量 LED 衬底 温度 器件 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201110078117.8

    申请日:

    2011.03.30

    公开号:

    CN102230831A

    公开日:

    2011.11.02

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G01K 11/00申请日:20110330|||公开
    IPC分类号: G01K11/00 主分类号: G01K11/00
    申请人: 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所
    发明人: 崔苗; 周桃飞; 徐科; 黄俊; 王建峰; 田飞飞; 张锦平
    地址: 215125 江苏省苏州市苏州工业园区独墅湖高教区若水路398号
    优先权:
    专利代理机构: 上海翼胜专利商标事务所(普通合伙) 31218 代理人: 翟羽
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110078117.8

    授权公告号:

    102230831B||||||

    法律状态公告日:

    2013.04.10|||2011.12.14|||2011.11.02

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种同时测量LED中衬底温度和器件层温度的方法,包括如下步骤:提供一LED结构,所述LED结构包括衬底及其表面的器件层;提供一激发光,聚焦入射在衬底靠近器件层一侧的表面上,同时激发得到衬底和器件层的拉曼光谱特征峰;根据衬底和器件层的拉曼光谱特征峰的频率值,计算衬底和器件层的温度。本发明的优点在于,通过采用一聚焦的竖直空间分辨率大于有源区的厚度的聚焦激光束来同时测定有源区和衬底的拉曼光谱特征峰,从而计算出两者在同一时刻的温度值,为研究LED散热问题提供直接的测量手段。

    权利要求书

    1.一种同时测量LED中衬底温度和器件层温度的方法,其特征在于,包括如
    下步骤:
    提供一LED结构,所述LED结构包括衬底及其表面的器件层;
    提供一激发光,聚焦入射在衬底靠近器件层一侧的表面上,同时激发得到
    衬底和器件层的拉曼光谱特征峰;
    根据衬底和器件层的拉曼光谱特征峰的频率值,计算衬底和器件层的温度。
    2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述计算衬底和器件层温度的
    步骤中,进一步包括:
    提供一与待测结构相同的标样;
    通过变化标样的温度来标定衬底和器件层的温度与特征峰位置之间的关
    系;
    利用此关系计算出待测结构的衬底和器件层温度。
    3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据温度与拉曼光谱特征峰之
    间的经验公式计算衬底和器件层的温度。
    4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述激发光不被衬底吸收,并
    从衬底远离器件层一侧入射至衬底靠近器件层一侧的表面上。
    5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述激发光不被器件层吸收,
    并从器件层远离衬底一侧入射至衬底靠近器件层一侧的表面上。
    6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述衬底为蓝宝石衬底,器件
    层为GaN。
    7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,激发光聚焦的竖直空间分辨率
    不小于2μm。

    说明书

    同时测量LED中衬底温度和器件层温度的方法

    技术领域

    本发明涉及半导体器件与工艺技术领域,尤其涉及一种同时测量LED中
    衬底温度和器件层温度的方法。

    背景技术

    近几年,大功率GaN基LEDs由于其在照明领域有着非常广阔的应用前
    景而得到迅速的发展。但是对大功率LED存在着一个非常致命的问题就是由
    于蓝宝石热导率差使得热量不能够有效地传出去,虽然倒装LED能够解决部
    分散热问题,但是蓝宝石如何影响LED的结温的还没有被报导过,以及如何
    准确地测量LED蓝宝石温度和结温的相互关系,这都是急需解决的问题,这
    将实质上帮助解决LED散热的问题。

    发明内容

    本发明所要解决的技术问题是,提供一种同时测量LED中衬底温度和器
    件层温度的方法,为研究LED散热问题提供直接的测量手段。

    为了解决上述问题,本发明提供了一种同时测量LED中衬底温度和器件
    层温度的方法,包括如下步骤:提供一LED结构,所述LED结构包括衬底及
    其表面的器件层;提供一激发光,聚焦入射在衬底靠近器件层一侧的表面上,
    同时激发得到衬底和器件层的拉曼光谱特征峰;根据衬底和器件层的拉曼光谱
    特征峰的频率值,计算衬底和器件层的温度。

    作为可选的技术方案,所述计算衬底和器件层温度的步骤中,进一步包括:
    提供一与待测结构相同的标样;通过变化标样的温度来标定衬底和器件层的温
    度与特征峰位置之间的关系;利用此关系计算出待测结构的衬底和器件层温
    度。

    作为可选的技术方案,根据温度与拉曼光谱特征峰之间的经验公式计算衬
    底和器件层的温度。

    作为可选的技术方案,所述激发光不被衬底吸收,并从衬底远离器件层一
    侧入射至衬底靠近器件层一侧的表面上。

    作为可选的技术方案,所述激发光不被器件层吸收,并从器件层远离衬底
    一侧入射至衬底靠近器件层一侧的表面上;或者所述衬底为蓝宝石衬底,器件
    层为GaN。

    本发明的优点在于,通过采用一聚焦的竖直空间分辨率大于器件层的厚度
    的聚焦激光束来同时测定有源区和衬底的拉曼光谱特征峰,从而计算出两者在
    同一时刻的温度值,为研究LED散热问题提供直接的测量手段。

    附图说明

    附图1所示是本发明的具体实施方式的实施步骤示意图。

    附图2所示是本发明的具体实施方式所采用的测试系统示意图。

    附图3所示是以蓝宝石衬底生长的GaN有源区作为LED为例,在0mA
    和600mA电流下分别得到拉曼光谱。

    具体实施方式

    下面结合附图对本发明提供的一种同时测量LED中蓝宝石温度和结温的
    方法具体实施方式做详细说明。

    附图1所示是本具体实施方式的实施步骤示意图,包括:步骤S10,提供
    一LED结构,所述LED结构包括衬底及其表面的器件层;步骤S11,提供一
    激发光,聚焦入射在衬底靠近器件层一侧的表面上;步骤S12,根据衬底和器
    件层的拉曼光谱特征峰的频率值,计算衬底和器件层的温度。

    附图2所示是本具体实施方式所述方法所采用的测试系统示意图,包括
    LED结构的衬底100和器件层120,以及激发光150和激发光收集装置(未示
    出)。

    参考步骤S10,提供一LED结构,所述LED结构包括衬底100及其表面
    的器件层120。本具体实施方式中,衬底100为蓝宝石衬底,器件层120为GaN。
    以上两种材料为常见的制作LED的材料。所述器件层120应当进一步包括N
    型GaN、P型GaN以及夹在两者之间的多量子阱发光区域。

    参考步骤S11,提供一共聚焦拉曼的激发光150,聚焦入射在衬底100靠
    近器件层120一侧的表面上,同时激发得到衬底100和器件层120的拉曼光谱
    特征峰。采用上述材料的情况下,可以使用波长为633nm的激光作为激发光
    150,此波长的激发光不被蓝宝石吸收,故可以从蓝宝石一侧入射至蓝宝石靠
    近GaN器件层一侧的表面处。激发光150聚焦的竖直空间分辨率应当能够保
    证收集到器件层中有效的拉曼激发信号,例如采用共聚焦拉曼,其竖直空间分
    辨率大约是2μm,对于GaN等化合物半导体而言,这一厚度足以激发出足够
    的拉曼激发信号,故可以在拉曼光谱上同时获得GaN的E2-high和蓝宝石的
    R2-lines的信号。在此情况下所获得的GaN的拉曼信号可以认为是整个LED
    器件层的信号,所测的GaN的温度可以看作是器件层的温度。

    参考步骤S12,根据衬底100和器件层120的拉曼光谱特征峰的频率值,
    计算衬底100和器件层120的温度。

    根据频谱的特征峰频率值计算温度的方法有很多种,例如标样进行标定或
    者经验公式推导等。

    如果采用标样标定的方法,可以采用如下的步骤:首先提供一与待测结构
    相同的标样;然后通过变化标样的温度来标定衬底和器件层的温度与特征峰位
    置之间的关系;再利用此关系计算出待测结构的衬底和器件层温度。如果采用
    经验公式推导的方法,则可以直接根据温度与拉曼光谱特征峰之间的经验公式
    计算衬底和器件层的温度。标样标定的方法的优点在于简单直接,采用从实践
    中获取标准曲线,计算的系统误差小,但标定工作繁复,而利用经验公式的方
    法简单易行,但经验公式的准确度欠佳,故在实际测量中应当灵活选取上述两
    种方法或者其他可行的方法来计算样品的温度。

    以下给出本发明的一个实施例。

    以蓝宝石衬底生长的GaN有源区作为LED为例,在0mA和600mA电流
    下分别得到拉曼光谱,如附图3所示。570cm-1左右的峰为GaN的E2-high声
    子模式。拉曼频移为1380cm-1左右的R1和R2峰是蓝宝石的Cr3+的两个峰。有
    源区GaN的拉曼峰频率与温度的经验公式表示为:


    其中A=17.9cm-1,B=0.99,ω0为OK下的拉曼峰频率(引自:M.S.Liu,L.
    A.Bursill,S.Prawer,and?K.W.Nugent,Appl.Phys.Lett.74,3125(1999))。从上
    式可以看出,为了计算在600mA下的GaN有源区温度,首先要计算得到样品
    的ω0。在室温下(T=300K),拉曼光谱测量得到样品的ω(T=300K)为570.093cm-1,
    由ω(T=300K),A=17.9cm-1,B=0.99以及上述公式计算出样品的ω0为
    571.361cm-1。再利用ω0为571.361cm-1,A=17.9cm-1,B=0.99,以及600mA下
    的ω为568.100cm-1,从而LED的结温T=435.67K。

    在测定ω0的步骤中需要指出的是,由于E2对应力比较敏感,而GaN中应
    力存在着不均匀分布,在用E2进行结温测量的时候要克服两个影响因素:(1)
    温度对应力分布的影响,这个可以通过高温共聚焦Raman的断面mapping实
    验进行验证,实验表明不同温度下的应力分布的形状基本上没有变化,温度不
    会改变应力在LED中的纵向分布;(2)LED中本身的应力分布不均的影响,
    这个问题可以通过测量不同点的ω0得到消除。这样可以消除不同位置由于应
    力分布不均而对结温测量产生误差。

    利用高温拉曼测量样品蓝宝石R2-line随温度变化的拉曼谱线,线性拟合
    得到样品蓝宝石温度测量的经验公式:


    可根据该公式得到LED中600mA下蓝宝石的温度为455.56K。

    通过以上测试结果可以看出,600mA的大电流下蓝宝石的温度比结区的温
    度高,这证明了蓝宝石在大电流下由于导热差在倒装LED中积聚大量的热,
    严重影响了LED的散热。故上述方法所获得的结论对指导LED结构以及芯片
    设计上都具有指导意义,因此上述方法具有实用价值。

    以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通
    技术人员,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些
    改进和润饰也应视为本发明的?;し段?。

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