专利名称：用以改善发光二极体磊晶片的光激发光强度量测失真的量测系统与方法
技术领域：
本发明是关于一种用以改善发光二极体磊晶片的光激发光强度量测失真的量测系统与方法。
背景技术：
在发光二极体的制造过程中，必须依照下游客户所要求的规格来生产发光二极体，然而，经常因为制程变异而导致同一批甚至同一片发光二极体磊晶片上的发光特性可能具有些许的差异。这些差异往往会使后段发光元件产品的物性落在允收标准之外，而这些不符允收标准的产品势必造成重大的损失。于是，在将发光二极体磊晶片制造成后段发光元件产品之前，必须依据下游客户所要求的规格调整磊晶的制程。一般而言，发光二极体的发光强度与波长是发光二极体分类的重要依据。我们希望可借由光激发光(PL, photoluminescence)光谱仪来取得发光二极体嘉晶片的光激发光频谱，进而取得该磊晶片上的波长与发光强度的分布，之后我们再可进一步依据所获得的波长与发光强度来预估最终成品是否可以符合生产的规格。此外，发光二极体磊晶片的发光强度分布与波长的分布亦可用于磊晶制程的品质监控。举例而言，在以预定的制造条件来生产具有既定规格的发光二极体期间，可透过借由光激发光频谱所获得的发光强度分布与波长分布来判定此制造条件是否落在规范之内。具体来说，若借由量测所得的发光强度分布与波长分布均匀且是符合既定规格时，则我们可判定此制造条件是落在规范之内；反之，则需对此磊晶条件或机台状况进行修正。然而，发光二极体嘉晶片在嘉晶之后往往会有嘉晶片翅曲(bowing)的情形，因而造成光激发光光谱仪在测量发光强度时，由于光路偏移导致发光二极体发光量测结果产生误差，因此在发光强度的分布资料上，无法回馈给磊晶工程师正确、有用的资讯。图1显示因为磊晶片翘曲而导致光激发光光谱仪无法测量到完整的光激发光强度的情形的示意图。如图1所示，发光二极体磊晶片是配置在量测平台上，其中发光二极体磊晶层是形成在此磊晶片上。当进行量测时，此发光二极体磊晶片可受到入射雷射光的照射，以使形成于其上的磊晶层产生光激发光。之后，由此磊晶层所发出的光，经由光学镜组，进入到光谱仪的狭缝内，以进行光激发光的量测。典型上，此狭缝具有约25 一 50 μ m的宽度(W)。在量测期间，此平台可在如箭头C所示的方向上从A位置(于此位置的磊晶片以及平台是以实线表示)移动到B位置(于此位置的磊晶片以及平台是以虚线表示)。如上所述，发光二极体磊晶片经常会在磊晶之后产生翘曲，因此当磊晶片从A位置移动到B位置时，会因为磊晶片的翘曲而产生偏移的光激发光。由于此狭缝相当地小(例如仅具有约25 一 50 μ m的宽度)，所以在B位置所产生的偏移光激发光无法精确地进入到此狭缝内，因而导致光谱仪无法接受到准确的发光强度。于是，所量测出的发光强度会小于实际的发光强度，并因此造成制造者误判。因此，磊晶工程师不会把借由光激发光光谱仪所量得的发光强度分布图当作参考，一般只取整片磊晶片的发光强度的平均值作为参考，这是屈就于机台限制不得不然的做法。
发明内容
为解决上述问题，本案发明人已发展出能够不受磊晶片翘曲影响而同时准确取得发光二极体磊晶片的光激发光的发光强度与发光波长量测结果的解决方案。依照本发明的第一实施例，提供一种量测系统，其用以改善发光二极体磊晶片的光激发光的强度量测失真。该系统包含:移动式平台，用以支撑发光二极体磊晶片；雷射光源，用以激发该发光二极体磊晶片，以使该发光二极体磊晶片产生光激发光；光激发光光谱仪，具有狭缝，其中该光激发光是经由该狭缝进入到该光谱仪内；光感测器，具有滤光片以及开口，其中该光激发光透过该开口进入到该光感测器内，以及该开口的直径是大于该光谱仪的该狭缝的宽度；以及控制器，耦合至该移动式平台、该雷射光源、该光激发光光谱仪、以及该光感测器。依照本发明的第二实施例，提供一种用以改善发光二极体磊晶片的光激发光强度量测失真的量测方法，该方法是使用上述第一实施例的量测系统。该方法包含下列步骤:将发光二极体磊晶片装载于该移动式平台上；借由该雷射光源来激发该发光二极体磊晶片，以使该发光二极体磊晶片产生光激发光；以及将该光激发光导向该光激发光光谱仪以及该光感测器，其中导向该光谱仪的该光激发光是经由该光谱仪的该狭缝进入到该光谱仪内，以及其中导向该光感测器的该光激发光透过该光感测器的该开口进入到该光感测器内。本发明的其他实施样态以及优点可从以下与用以例示本发明原理范例的随附图式相结合的详细说明而更显明白。此外，为了不对本发明造成不必要的混淆，在本说明书中将不再赘述为人所熟知的元件与原理。
图1显示因为磊晶片翘曲而导致光激发光光谱仪无法测量到完整的光激发光强度的情形的示意图。图2显示依照本发明的实施例用以改善发光二极体磊晶片的光激发光强度量测失真的量测系统的示意图。图3显示依照本发明的另一实施例用以改善发光二极体磊晶片的光激发光强度量测失真的量测方法的示范流程图。图4A显示利用光感测器来模拟发光二极体的发光强度的量测结果。图4B显示利用光谱仪来模拟发光二极体的发光强度的量测结果。图5A显示利用光感测器来量测磊晶片的发光强度的量测结果。图5B显示利用光谱仪来量测磊晶片的发光强度的量测结果。元件符号说明:I量测系统3移动式平台5发光二极体磊晶片7雷射光源9白光光源
11光激发光光谱仪15光感测器17滤光片19分光镜21分光镜23控制器100流程图101将发光二极体磊晶片装载于移动式平台上103 借由雷射光源来激发该发光二极体磊晶片，以使该发光二极体磊晶片产生光激发光105 借由白光光源来提供导向该发光二极体磊晶片的白光，以使该发光二极体嘉晶片广生反射白光107将该光激发光以及该反射白光导向光激发光光谱仪以及光感测器
具体实施例方式依照本发明的实施例，图2显示用以改善发光二极体磊晶片的光激发光强度量测失真的量测系统I的示意图。量测系统I可包含:移动式平台3，用以支撑发光二极体磊晶片5 ;雷射光源7，用以激发发光二极体磊晶片5，以使发光二极体磊晶片5产生光激发光(以实线表示)；白光光源9，用以提供导向发光二极体磊晶片5的白光(以虚线表示)，以使发光二极体磊晶片5产生反射白光(以虚线表示)，其中光激发光与反射白光具有相同的光路；光激发光光谱仪11，具有狭缝(如图1所示)，其中此光激发光以及此反射白光是经由此狭缝进入到光谱仪11内；光感测器15，具有滤光片17以及开口(未图示)，其中滤光片17用以滤除反射白光，俾能仅使光激发光透过此开口进入到光感测器15内；以及控制器23，耦合至移动式平台3、雷射光源7、白光光源9、光激发光光谱仪11、以及光感测器15。雷射光源7可例如具有266、325、375、405、488、或532nm的波长范围。光感测器15的开口的直径是远大于光谱仪11的狭缝的宽度(一般仅为约25 一 50 μ m)，例如光感测器15的开口的直径可为约Imm至约50mm,较佳为约Imm至约20mm。光感测器15的开口的直径可为此狭缝的宽度的约20至约2000倍。如图2所不，白光光源9可朝向分光镜19发出白光,此白光可例如经由分光镜19导向发光二极体磊晶片5的表面，此时发光二极体磊晶片5可产生反射白光；以及雷射光源3可朝向发光二极体磊晶片5提供入射光束以激发发光二极体磊晶片5，此时发光二极体磊晶片5可产生光激发光。然后，来自发光二极体磊晶片5的光激发光(以实线表示)以及反射白光(以虚线表示)可例如经由分光镜21各自分成导向光谱仪11以及光感测器15的光束。具体而言，我们可借由上述方式使光激发光与反射白光具有相同的光路(opticalpath)。在本发明的其他实施例中可不包含白光光源9。导向光感测器15的光激发光与反射白光可经过滤光片17，此滤光镜可滤除反射白光而仅使光激发光进入到光感测器15内。导向光激发光光谱仪11的光激发光与反射白光可同时进入到光激发光光谱仪11内进行量测， 或者可相继进入到光激发光光谱仪11内进行量测。
所产生的光激发光与反射白光可被导向光激发光光谱仪11并且从光谱仪11的狭缝(如图1所示)进入到光谱仪11内。然而，此狭缝一般仅具有约25一 50 μ m的宽度，因此如上所述，此光谱仪经常会因为磊晶片翘曲而产生失真的发光强度量测结果。依照本发明，光感测器15可弥补此种缺陷，即光感测器15是具有远大于此狭缝宽度(约25 一 50 μ m)的开口(具有约Imm至约50mm的直径,较佳约Imm至约20mm),因此即使发生嘉晶片翅曲的情形，光感测器15仍可量测到因磊晶片翘曲而偏移的光激发光的发光强度。控制器23可耦合至移动式平台3、雷射光源7、白光光源9、光激发光光谱仪11、以及光感测器15，以控制这些构件的操作。以下依照本发明的另一实施例说明用以改善发光二极体磊晶片的光激发光强度量测失真的量测方法，以及此方法是使用图2所示的量测系统I。此方法的示范流程图100是显示在图3中。如图3所示，示范流程图100是起始于步骤101，于其中将发光二极体磊晶片5装载于移动式平台3上。在步骤103中，借由雷射光源7来激发发光二极体磊晶片5，以使发光二极体磊晶片5产生光激发光。在步骤105中，借由白光光源9来提供导向发光二极体磊晶片5的白光，以使发光二极体磊晶片5产生反射白光。在本发明的其他实施例中可不包含白光光源9，因此可略除步骤105。上述步骤103与步骤105可以同步进行，或依次作业。在步骤107中，将光激发光以及反射白光导向光激发光光谱仪11以及光感测器15。导向光谱仪11的光激发光以及反射白光是经由光谱仪11的狭缝进入到光谱仪11内。导向光感测器15的反射白光是借由滤光片17加以滤除，俾能仅使导向光感测器15的光激发光透过光感测器15的开口进入到光感测器15内。在本发明中，光激发光光谱仪11可用于发光二极体磊晶片5的相关发光波长与强度的量测(光源为雷射光源7)、以及磊晶层的相关厚度与表面反射率的量测(光源为白光光源9)，以及光感测器15可用于发光二极体磊晶片5的相关发光强度的量测。光感测器15可弥补光激发光光谱仪11在发光强度方面因磊晶片翘曲所造成的量测失真。因此，本发明的量测系统I可在不受到磊晶片翘曲影响的情况下，同时提供发光二极体磊晶片的相关厚度、相关反射率、相关发光波长、以及相关发光强度的准确量测及其分布图。在范例中，图4A显示利用光感测器来模拟发光二极体的发光强度的量测结果；而图4B显示利用光谱仪来模拟发光二极体的发光强度的量测结果。在图4A与4B中是以三种磊晶片摆放位置来进行发光强度的模拟，具体来说，如图4A与4B所示，(b)代表正常的摆放位置，(a)代表磊晶片左侧向上倾斜Imm的摆放位置，以及(c)则代表磊晶片右侧向上倾斜Imm的摆放位置，亦即，在图4A与4B中是利用磊晶片的左、右侧倾斜来模拟磊晶片的翘曲。我们可清楚观察到在图4A中，(a)、(b)、(c)三个位置的发光强度量测结果并未出现明显的变动；而在图4B中，(a)、(b)、(c)三个位置的发光强度量测结果却出现明显的变动。因此，由此可知，利用光感测器的发光强度量测受到磊晶片翘曲的影响远小于光谱仪的响应。由于翘曲造成量测高度的差异，进而导致雷射激光位置的偏移，这是造成发光强度的偏差的主因。据此我们再用 另一范例说明:
图5A显示利用光感测器来量测磊晶片的发光强度的量测结果；而图5B显示利用光谱仪来量测磊晶片的发光强度的量测结果。在图5A与5B中是以七个具有不同量测高度的磊晶片来进行发光强度的量测，具体来说，(I)代表正常位置，(2)代表比(I)高200 μ m的位置，(3)代表比(I)高400 μ m的位置，(4)代表比(I)高600 μ m的位置，(5)代表比(I)低600 μ m的位置，(6)代表比⑴低400 μ m的位置，以及(7)代表比⑴低200 μ m的位置，亦即，在图5A与5B中是利用磊晶片的上升与下降来检测磊晶片的翘曲量测结果。我们可清楚观察到在图5A中，(1)-(7)的发光强度量测结果并未出现明显的变动；而在图5B中，(1)-(7)的发光强度量测结果却出现明显的变动，甚至有强度反转的现象发生。此说明了利用光谱仪的发光强度量测是极易受到磊晶片翘曲-亦相当于量测时的Z轴(S卩，与磊晶片表面垂直的轴)高度变动的影响。如上所述，我们可有效利用光感测器来弥补光谱仪对于发光强度量测的不足，以即时提供发光二极体磊晶制程更为准确的制程资讯。虽然本发明已参考较佳实施例及图式详加说明，但熟习本项技艺者可了解在不离开本发明的精神与范畴的情况下，可进行各种修改、变化以及等效替代，然而这些修改、变化以及等效替代仍落入本发明 所附的申请专利范围内。
权利要求
1.一种量测系统，用以改善发光二极体磊晶片的光激发光的强度量测失真，该系统包含: 移动式平台，用以支撑发光二极体磊晶片； 雷射光源，用以激发该发光二极体磊晶片，以使该发光二极体磊晶片产生光激发光； 光激发光光谱仪，具有狭缝，其中该光激发光是经由该狭缝进入到该光谱仪内； 光感测器，具有滤光片以及开口，其中该光激发光透过该开口进入到该光感测器内，以及该开口的直径是大于该光谱仪的该狭缝的宽度；及 控制器，耦合至该移动式平台、该雷射光源、该光激发光光谱仪、以及该光感测器。
2.如权利要求1所述的量测系统，其中该雷射光源具有266、325、375、405、488、或532nm的波长范围。
3.如权利要求1所述的量测系统，其中该开口的直径为该狭缝的宽度的20至2000倍。
4.如权利要求1所述的量测系统，其中该开口具有Imm至50mm的直径。
5.如权利要求1至4其中任一项所述的量测系统，更包含: 白光光源，耦合至该控制器并且用以提供导向该发光二极体磊晶片的白光，以使该发光~■极体嘉晶片广生反射白光， 其中该光激发光与该反射白光具有相同的光路，以及 其中该反射白光是经 由该狭缝进入到该光谱仪内，并且可被该光感测器的该滤光片加以滤除。
6.如权利要求5所述的量测系统，其中该光激发光与该反射白光是同时进入到该光激发光光谱仪内进行量测。
7.一种用以改善发光二极体磊晶片的光激发光强度量测失真的量测方法，该方法是使用如权利要求1所述的量测系统，该方法包含下列步骤: 将发光二极体磊晶片装载于该移动式平台上； 借由该雷射光源来激发该发光二极体磊晶片，以使该发光二极体磊晶片产生光激发光；及 将该光激发光导向该光激发光光谱仪以及该光感测器， 其中导向该光谱仪的该光激发光是经由该光谱仪的该狭缝进入到该光谱仪内，以及 其中导向该光感测器的该光激发光透过该光感测器的该开口进入到该光感测器内。
8.如权利要求7所述的用以改善发光二极体磊晶片的光激发光强度量测失真的量测方法，其中该雷射光源具有266、325、375、405、488、或532nm的波长范围。
9.如权利要求7所述的用以改善发光二极体磊晶片的光激发光强度量测失真的量测方法，其中该开口的直径为该狭缝的宽度的20至2000倍。
10.如权利要求7所述的用以改善发光二极体磊晶片的光激发光强度量测失真的量测方法，其中该开口具有Imm至50mm的直径。
11.如权利要求7至10其中任一项所述的用以改善发光二极体磊晶片的光激发光强度量测失真的量测方法，其中该量测系统更包含与该控制器耦合的白光光源，借由该白光光源来提供导向该发光二极体磊晶片的白光，以使该发光二极体磊晶片产生反射白光，将该反射白光导向该光激发光光谱仪，其中该反射白光是经由该光谱仪的该狭缝进入到该光谱仪内。
12.根据权利要求11所述的用以改善发光二极体磊晶片的光激发光强度量测失真的量测方法，其中该光激发光与该反射白 光是同时进入到该光激发光光谱仪内进行量测。
全文摘要
本发明是关于一种用以改善发光二极体磊晶片的光激发光强度量测失真的量测系统。该系统包含移动式平台、雷射光源、光激发光光谱仪、光感测器、以及控制器。本发明亦关于一种用以改善发光二极体磊晶片的光激发光强度量测失真的量测方法。
文档编号G01M11/02GK103217271SQ20121001922
公开日2013年7月24日 申请日期2012年1月20日 优先权日2012年1月20日
发明者郑炫墩 申请人:艾特麦司股份有限公司