LED材料特性检测技术――PL技术

　　当样品吸收了入射光后将电子激发到更高的能态，经过一段时间，电子将释放能量至较低的能态。杂质与缺陷会在能隙之中形成各种能阶，而其对应的能量会由辐射复合过程产生放射如光激发萤光，或者是经由非辐射复合过程产生吸收［8］［11］，如声子放射，缺陷捕捉，或欧杰效应［12］。

　　除了上述中导电带与价电带等能带转换会发出萤光，缺陷也会造成萤光的产生，如图5所示。其中EC、EV和ED分别为导电带、价电带与缺陷能带，其中，缺陷能带分布在EC与EV之间，位置与数量视材料品质而定，图 5中（a）为能带间的电子电洞对复合，（b）和（c）都属于缺陷的复合，（b）为导电带的电子被能带间的缺陷捕捉，（c）为缺陷捕获的电子与价电带电动复合，发出的萤光波段视电子与电洞复合前能带的距离而定。

　　图5 辐射复合（a）能带间的电子电洞对复合（b）若能带间有缺陷电子会被缺陷捕捉（c）缺陷捕获的电子与价电带电动复合

　　光激发萤光量测

PL光谱仪主要架构有激发源、讯号接收器（spectrometer）、讯号处理器（computer）与低温系统，架构图如图6。

　　图6PL光谱仪架构图

　　由于蓝光LED能带约在2.75 eV左右，激发源选用波长为325 nm（能量为3.8 eV）、375 nm（能量为3.3 eV）与405 nm（能量为3 eV） 大于其能≈雷射，光谱仪扫描范围在350 nm到700 nm之间，另外由于温度对辐射复合的萤光强度有很大的影响，量测环境必须做温度控制。以量测蓝光LED为例，PL萤光光谱图如图7，激发源为波长405 nm雷射，蓝光LED波峰位置在461 nm，半高宽为25.2 nm。

　　图7 PL萤光光谱图

　　PL导入LED材料分析的优势

　　因PL快速量测的特性可适应LED产线上的生产速度，且以非接触与非破坏性的量测可确保样品不会在量测的过程中改变塬本的特性，配合mapping技术或将讯号接收器改为CCD，可得到样品空间分布的特性，得知制程的均匀性以回馈MOCVD的制程，于量测时不需电极可监控制成过程中每一个步骤的变化，此为PL量测技术导入LED Wafer产线的优势。

　　于LED元件设计及验证方面，以蓝光LED常用的材料氮化铟镓为例，由于在晶格常数与能阶宽度图中，连接氮化镓与氮化铟傻愕呐孜锴线便是氮化铟镓，随着氮化铟镓中的铟含量增加，其能阶宽度变小［13，14］，所以可由PL萤光光谱波峰的位置，得知氮化铟镓中的铟含量，可借由调变激发源的雷射强度与量测萤光光谱强度可拟合出LED发光效率的相关系数，进而求出LED的内部发光效率以提供元件设计之验证，量测时不需电极，在制程时任一步骤，皆可调变制程参数，或选用不同制程方式，比较PL萤光光谱以优化出最佳制程条件等优势。

　　结论

　　PL为一快速、非接触性、非破坏性之可量测样品空间分布的量测技术，无论在产品的量产和开发上都有很好应用。