一种半导体发光器件结温的测量方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于结温测量技术领域，具体涉及一种半导体发光器件结温的测量方法。
【背景技术】
[0002] 半导体发光器件的结温对器件性能的影响很大，较高的结温可以显著降低器件 的发光效率和使用寿命。目前，用来测量半导体发光器件结温的方法主要是正向电压法 (Forward-voltage method)和传统峰值波长法（Peak-wavelength method)。正向电压 法较为精确，但是测试过程较为繁琐，且实用性较差，因为该方法不适宜用于已封装的器 件结温的测量（Keng Chen, Nadarajah Narendran，Estimating the average junction temperature of AlGaInP LED arrays by spectral analysis.Microelectronics Reliability 53,701 - 705(2013))。传统峰值波长法实用性较强，但是由于受到器件蓝 移效应（Stark 效应（Quantum-confined Stark effect)和能带填充效应（band-filling effect)引起）和发光区不同组分含量的影响，其测量精度较低。所以精确且实用的结温测 量方法对于提高光电器件，尤其是半导体发光器件的性能和寿命具有重要意义。
[0003] 以往的文献与专利涉及的是通过对红移量（结温升高所致）的测量来推算结温， 忽略了随着电流增加而产生的蓝移效应和发光区不同组分含量的影响，也不涉及为提高效 率和精度，通过对多个具有不同波长或多波长器件的测量来确定相关测量公式系数的研 宄。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种半导体发光器件结温的测量方法，该方法考虑了器件 的蓝移效应和发光区组分含量的影响，与传统方法相比，具有精确性高、成本低和实用性强 的优点。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0006] 一种半导体发光器件结温的测量方法，包括以下步骤：
[0007] 1)确定需要测量的半导体发光器件的发光区的组分含量X ;
[0008] 2)采用光谱探测器测量半导体发光器件在低于其正常工作电流和高于其正常工 作电流下的光谱，得到一系列不同测量电流下的光谱，并且在上述得到的一系列光谱中含 有半导体发光器件的波峰蓝移及红移现象的光谱，同时记录上述得到的一系列光谱中每个 光谱分别对应的半导体发光器件的波峰的峰值波长；
[0009] 3)根据步骤2)得到的一系列光谱，确定半导体发光器件的波峰蓝移和红移现象 的交汇点，该交汇点对应的峰值波长为该半导体发光器件的最小峰值波长A ci，该交汇点对 应的测量电流为最小峰值波长电流1〇,根据结温函数Ttl= f(x)，确定半导体发光器件的最 小峰值波长λ ^对应的结温T。；
[0010] 4)将步骤2)的所有测量电流中小于最小峰值波长电流Itl的测量电流记为蓝移 区电流，大于最小峰值波长电流Itl的测量电流记为红移区电流；将蓝移区电流中任意一 个测量电流I1对应的半导体发光器件的波峰的峰值波长λ i代入蓝移区结温函数Tblm= f(x，λ 1得到测量电流I1对应的半导体发光器件结温Tbllffi;将红移区电流中任意一 个测量电流I 2对应的半导体发光器件的波峰的峰值波长λ 2代入红移区结温函数T Md= f(x，\2- λ 1得到测量电流I2对应的半导体发光器件结温Tral;即得到所有测量电流下 的半导体发光器件结温；
[0011] 其中结温函数Ttl= f(x)、蓝移区结温函数Tblue= f(x，λ λ及红移区结温 函数Trai= f(x, λ 2- λ。）通过以下步骤得到：
[0012] a)准备若干颗多波长器件，其中多波长器件为光谱中有多个波峰的器件，确定每 颗多波长器件的每个波峰所对应的发光区的组分含量X ;
[0013] 或者，准备多颗单波长器件，其中单波长器件为光谱中只有一个波峰的器件，且所 有单波长器件的波峰不完全相同，确定每颗单波长器件的波峰所对应的发光区的组分含量 X ；
[0014] b)采用正向电压法，确定每颗多波长器件中任意一个波峰在不同测量电流下对应 的结温，并记录该波峰在不同测量电流下的光谱中的峰值波长；测量并记录每颗多波长器 件中其余波峰在不同测量电流下的光谱中的峰值波长；其中同一颗多波长器件的不同波峰 在同一测量电流下对应的结温是相等的；
[0015] 或者，采用正向电压法，确定每颗单波长器件中的波峰在不同测量电流下对应的 结温，并记录该波峰在不同测量电流下的光谱中的峰值波长；
[0016] c)对所有的相同波峰在同一测量电流下所测得的所有峰值波长取平均值，并且将 不同测量电流下得到的所有平均值中的最小值记为最小峰值波长值，最小峰值波长值所对 应的测量电流为最小峰值波长值电流，其中相同波峰是指所有多波长器件或所有单波长器 件中发光区的组分含量相同时所对应的波峰；
[0017] d)将不同波峰对应的发光区的组分含量作为自变量，并将每个波峰的最小峰值波 长值电流对应的结温作为因变量，通过拟合得到结温函数T tl= f(x);
[0018] e)将小于最小峰值波长值电流的测量电流记为蓝移电流，将蓝移电流中每个测量 电流对应的所有波峰的峰值波长与最小峰值波长值的差值作为自变量，将对应的测量电流 下的蓝移区结温差值Λ T1作为因变量，通过拟合得到蓝移区结温差值函数Λ T 1= f( λ λ。)，从而得到蓝移区结温函数；其中蓝移区结温差值Λ T1为蓝移电流中某一测量电流 对应的结温与最小峰值波长值电流对应的结温的差值的绝对值，蓝移区结温函数Tblm = f(x，λ 广 λ 0) = f(x) - f( λ 广 λ 0) = Τ0-Λ T η
[0019] 将大于最小峰值波长值电流的测量电流记为红移电流，将红移电流中每个测量电 流对应的所有波峰的峰值波长与最小峰值波长值的差值作为自变量，将对应的测量电流下 的红移区结温差值Λ T2作为因变量，通过拟合得到红移区结温差值函数AT2= f (λ 2- Atl),从而得到红移区结温函数；其中红移区结温差值Λ T2为红移电流中某一测量电流 对应的结温与最小峰值波长值电流对应的结温的差值的绝对值，红移区结温函数I red= f (X，λ 2- λ 0) = f (X) +f ( λ 2- λ 0) = T0+ Λ T2O
[0020] 当半导体发光器件为InGaN/GaN LED时，
[0021] 其结温函数 Ttl= e · X a+k ;
[0022] 蓝移区结温函数 Tblue= e · X a+k - c ( λ 丨一λ 〇)b;
[0023] 红移区结温函数 Tred= e · x a+k+d( λ 2- λ。)％
[0024] 其中χ为发光区的组分含量，a、b、c、d、e、f、k为拟合参数。
[0025] 所述步骤2)中的光谱探测器的测量精度为< 0. lnm。
[0026] 所述步骤2)中在测量半导体器件的光谱时，以0. 1~lOmA/mm2的电流间隔进行 测量。
[0027] 相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
[0028] 1.本发明提供的半导体发光器件结温的测量方法，考虑了器件的蓝移效应和发光 区组分含量的影响，与传统方法相比，实用性更强，精度较高。传统的正向电压法需要对裸 芯进行测量，裸芯即没有封装的发光器件，因此对封装好的器件测量的结温数值精度较差， 这限制了该方法的实用性。传统的峰值波长法所测得的公式针对的是特定含量的发光区组 分，而用其对含有不同组分含量的器件的结温测量精度较差，故限制了该方法的实用性。而 且正向电压法和传统的峰值波长法均忽略了随着电流增加而产生的蓝移效应的影响。而本 发明的方法在结温函数的公式中包含了器件发光区组分含量这一变量，这使其能够应用于 具有不同波长的器件的测量（从深紫外到红外），同时本发明还考虑了蓝移效应的影响，并 且可以直接对封装好的发光器件进行测量，从而既能提高测量的精度，又具有更强的实用 性。
[0029] 2.本发明操作简便，耗时短。正向电压法测量结温需要将裸芯放入恒温箱，然后在 不同的温度下采用脉冲电流进行测量，测量需要数日，操作繁琐