一种原位测试led应力的拉曼测试系统及其测试方法
【技术领域】
[0001] 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 拉曼测试系统及其测试方法。
【背景技术】
[0002] 发光二极管（LED) -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系统，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系统的拉曼信号会被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系统无法对电流注入 下的LED进行应力测试。
[0003] 鉴于现有拉曼测试系统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。
[0004] 参考文献：
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【发明内容】
[0010] 本发明的目的是提供一种原位测试LED应力的拉曼测试系统。
[0011] 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。
[0012] 一种原位测试LED应力的拉曼测试系统，设有激光器、光路系统、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。
[0013] 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。
[0014] 所述长波通或带通滤波片的数量为N片，N彡1，优选1片。
[0015] 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），以减少电致焚光谱对拉曼信号的干扰，优选波长为633nm的He-Ne激光器。
[0016] 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 系统，包括以下步骤：
[0017] 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，光路系统传输激光的输入和 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。
[0018] 本发明在拉曼测试系统的光路系统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。
[0019] 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 系统可对波长在100~600nm的LED发光二极管进行应力的原位拉曼测试。
【附图说明】
[0020] 图1为本发明原位测试LED应力的拉曼测试系统实施例的组成示意图。
[0021] 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】
[0022] 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。
[0023] 参见图1，本发明原位测试LED应力的拉曼测试系统实施例设有激光器1、光路系 统a/b/c/d、长波通或带通滤波片2、拉曼滤镜3、显微镜4、CXD 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。
[0024] 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。
[0025] 所述长波通或带通滤波片2的数量为N片，N彡1，优选1片。
[0026] 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），以减少电致焚光谱对拉曼信号的干扰，优选波长为633nm的He-Ne激光器。
[0027] 在图1中，标记A为透镜，B为反光镜，P为样品。
[0028] 原位测试LED应力的拉曼测试方法如下：
[0029] 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，光路系统传输激光的输入和 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。
[0030] 所述的拉曼测试系统选择波长远离LED发光光谱的激光波长，优选633nm的激光 器。在拉曼光路中插入的滤波片，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。
[0031] 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。传统的拉曼测试系统一般采用 Ar+488nm激光器、NchYAG 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&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&模均可远离蓝光LED的主发光峰，但488nm和532nm激光对应的E 2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&模既可远离主发光峰又可远离黄带发光峰。
[0032] 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&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 Y1Shao Y1Zhang H and Tian Y 2014Influence of stress in GaN crystals grown by HVPE on M0CVD-GaN/6H-SiC substrate. Scientific reports4 4179)：
[0033] σα=^{αη-'〇Ρα~λ) ⑴
[0034] l^ro=(CO1-COQ):为频率偏移，ω i为测得的拉曼的波数（或频率），ω ^为无应力条件 下的拉曼波数（或频率），〇a为应力大小。GaN氮化镓在无应力条件下的拉曼波数位ω。 于于567. lcnT1[6]，结合测得的拉曼波数Q1，代入公式（1)即可计算应力大小。
[0035] 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 传统的拉曼测试系统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插入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。
【主权项】
1. 一种原位测试LED应力的拉曼测试系统，设有激光器、光路系统、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 显微镜光路肖U端、显微镜光路后端、拉曼滤镜肖U端、拉曼滤镜后端或CCD如端。
2. 如权利要求1所述一种原位测试LED应力的拉曼测试系统，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应力的拉曼测试系统，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应力的拉曼测试系统，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应力的拉曼测试系统，其特征在于所述长波通 或带通滤波片的数量为N片，N多1。
6. 如权利要求5所述一种原位测试LED应力的拉曼测试系统，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应力的拉曼测试系统，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应力的拉曼测试系统，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应力的拉曼测试系统，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，光路系统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。
【专利摘要】一种原位测试LED应力的拉曼测试系统及其测试方法，测试系统设有激光器、光路系统、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，光路系统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。
【IPC分类】G01L1-24
【公开号】CN104833450
【申请号】CN201510288699
【发明人】康俊勇, 郑锦坚, 林伟
【申请人】厦门大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月31日