一種半導體發光器件結溫的測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于結溫測量技術領域，具體涉及一種半導體發光器件結溫的測量方法。
【背景技術】
[0002] 半導體發光器件的結溫對器件性能的影響很大，較高的結溫可以顯著降低器件 的發光效率和使用壽命。目前，用來測量半導體發光器件結溫的方法主要是正向電壓法 (Forward-voltage method)和傳統峰值波長法（Peak-wavelength method)。正向電壓 法較為精確，但是測試過程較為繁瑣，且實用性較差，因為該方法不適宜用于已封裝的器 件結溫的測量（Keng Chen, Nadarajah Narendran，Estimating the average junction temperature of AlGaInP LED arrays by spectral analysis.Microelectronics Reliability 53,701 - 705(2013))。傳統峰值波長法實用性較強，但是由于受到器件藍 移效應（Stark 效應（Quantum-confined Stark effect)和能帶填充效應（band-filling effect)引起）和發光區不同組分含量的影響，其測量精度較低。所以精確且實用的結溫測 量方法對于提高光電器件，尤其是半導體發光器件的性能和壽命具有重要意義。
[0003] 以往的文獻與專利涉及的是通過對紅移量（結溫升高所致）的測量來推算結溫， 忽略了隨著電流增加而產生的藍移效應和發光區不同組分含量的影響，也不涉及為提高效 率和精度，通過對多個具有不同波長或多波長器件的測量來確定相關測量公式系數的研 宄。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種半導體發光器件結溫的測量方法，該方法考慮了器件 的藍移效應和發光區組分含量的影響，與傳統方法相比，具有精確性高、成本低和實用性強 的優點。
[0005] 為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：
[0006] 一種半導體發光器件結溫的測量方法，包括以下步驟：
[0007] 1)確定需要測量的半導體發光器件的發光區的組分含量X ;
[0008] 2)采用光譜探測器測量半導體發光器件在低于其正常工作電流和高于其正常工 作電流下的光譜，得到一系列不同測量電流下的光譜，并且在上述得到的一系列光譜中含 有半導體發光器件的波峰藍移及紅移現象的光譜，同時記錄上述得到的一系列光譜中每個 光譜分別對應的半導體發光器件的波峰的峰值波長；
[0009] 3)根據步驟2)得到的一系列光譜，確定半導體發光器件的波峰藍移和紅移現象 的交匯點，該交匯點對應的峰值波長為該半導體發光器件的最小峰值波長A ci，該交匯點對 應的測量電流為最小峰值波長電流1〇,根據結溫函數Ttl= f(x)，確定半導體發光器件的最 小峰值波長λ ^對應的結溫T。；
[0010] 4)將步驟2)的所有測量電流中小于最小峰值波長電流Itl的測量電流記為藍移 區電流，大于最小峰值波長電流Itl的測量電流記為紅移區電流；將藍移區電流中任意一 個測量電流I1對應的半導體發光器件的波峰的峰值波長λ i代入藍移區結溫函數Tblm= f(x，λ 1得到測量電流I1對應的半導體發光器件結溫Tbllffi;將紅移區電流中任意一 個測量電流I 2對應的半導體發光器件的波峰的峰值波長λ 2代入紅移區結溫函數T Md= f(x，\2- λ 1得到測量電流I2對應的半導體發光器件結溫Tral;即得到所有測量電流下 的半導體發光器件結溫；
[0011] 其中結溫函數Ttl= f(x)、藍移區結溫函數Tblue= f(x，λ λ及紅移區結溫 函數Trai= f(x, λ 2- λ。）通過以下步驟得到：
[0012] a)準備若干顆多波長器件，其中多波長器件為光譜中有多個波峰的器件，確定每 顆多波長器件的每個波峰所對應的發光區的組分含量X ;
[0013] 或者，準備多顆單波長器件，其中單波長器件為光譜中只有一個波峰的器件，且所 有單波長器件的波峰不完全相同，確定每顆單波長器件的波峰所對應的發光區的組分含量 X ；
[0014] b)采用正向電壓法，確定每顆多波長器件中任意一個波峰在不同測量電流下對應 的結溫，并記錄該波峰在不同測量電流下的光譜中的峰值波長；測量并記錄每顆多波長器 件中其余波峰在不同測量電流下的光譜中的峰值波長；其中同一顆多波長器件的不同波峰 在同一測量電流下對應的結溫是相等的；
[0015] 或者，采用正向電壓法，確定每顆單波長器件中的波峰在不同測量電流下對應的 結溫，并記錄該波峰在不同測量電流下的光譜中的峰值波長；
[0016] c)對所有的相同波峰在同一測量電流下所測得的所有峰值波長取平均值，并且將 不同測量電流下得到的所有平均值中的最小值記為最小峰值波長值，最小峰值波長值所對 應的測量電流為最小峰值波長值電流，其中相同波峰是指所有多波長器件或所有單波長器 件中發光區的組分含量相同時所對應的波峰；
[0017] d)將不同波峰對應的發光區的組分含量作為自變量，并將每個波峰的最小峰值波 長值電流對應的結溫作為因變量，通過擬合得到結溫函數T tl= f(x);
[0018] e)將小于最小峰值波長值電流的測量電流記為藍移電流，將藍移電流中每個測量 電流對應的所有波峰的峰值波長與最小峰值波長值的差值作為自變量，將對應的測量電流 下的藍移區結溫差值Λ T1作為因變量，通過擬合得到藍移區結溫差值函數Λ T 1= f( λ λ。)，從而得到藍移區結溫函數；其中藍移區結溫差值Λ T1為藍移電流中某一測量電流 對應的結溫與最小峰值波長值電流對應的結溫的差值的絕對值，藍移區結溫函數Tblm = f(x，λ 廣 λ 0) = f(x) - f( λ 廣 λ 0) = Τ0-Λ T η
[0019] 將大于最小峰值波長值電流的測量電流記為紅移電流，將紅移電流中每個測量電 流對應的所有波峰的峰值波長與最小峰值波長值的差值作為自變量，將對應的測量電流下 的紅移區結溫差值Λ T2作為因變量，通過擬合得到紅移區結溫差值函數AT2= f (λ 2- Atl),從而得到紅移區結溫函數；其中紅移區結溫差值Λ T2為紅移電流中某一測量電流 對應的結溫與最小峰值波長值電流對應的結溫的差值的絕對值，紅移區結溫函數I red= f (X，λ 2- λ 0) = f (X) +f ( λ 2- λ 0) = T0+ Λ T2O
[0020] 當半導體發光器件為InGaN/GaN LED時，
[0021] 其結溫函數 Ttl= e · X a+k ;
[0022] 藍移區結溫函數 Tblue= e · X a+k - c ( λ 丨一λ 〇)b;
[0023] 紅移區結溫函數 Tred= e · x a+k+d( λ 2- λ。)％
[0024] 其中χ為發光區的組分含量，a、b、c、d、e、f、k為擬合參數。
[0025] 所述步驟2)中的光譜探測器的測量精度為< 0. lnm。
[0026] 所述步驟2)中在測量半導體器件的光譜時，以0. 1~lOmA/mm2的電流間隔進行 測量。
[0027] 相對于現有技術，本發明的有益效果如下：
[0028] 1.本發明提供的半導體發光器件結溫的測量方法，考慮了器件的藍移效應和發光 區組分含量的影響，與傳統方法相比，實用性更強，精度較高。傳統的正向電壓法需要對裸 芯進行測量，裸芯即沒有封裝的發光器件，因此對封裝好的器件測量的結溫數值精度較差， 這限制了該方法的實用性。傳統的峰值波長法所測得的公式針對的是特定含量的發光區組 分，而用其對含有不同組分含量的器件的結溫測量精度較差，故限制了該方法的實用性。而 且正向電壓法和傳統的峰值波長法均忽略了隨著電流增加而產生的藍移效應的影響。而本 發明的方法在結溫函數的公式中包含了器件發光區組分含量這一變量，這使其能夠應用于 具有不同波長的器件的測量（從深紫外到紅外），同時本發明還考慮了藍移效應的影響，并 且可以直接對封裝好的發光器件進行測量，從而既能提高測量的精度，又具有更強的實用 性。
[0029] 2.本發明操作簡便，耗時短。正向電壓法測量結溫需要將裸芯放入恒溫箱，然后在 不同的溫度下采用脈沖電流進行測量，測量需要數日，操作繁瑣