[发明专利]同时测量LED中衬底温度和器件层温度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件与工艺技术领域，尤其涉及一种同时测量LED中衬底温度和器件层温度的方法。

背景技术

近几年，大功率GaN基LEDs由于其在照明领域有着非常广阔的应用前景而得到迅速的发展。但是对大功率LED存在着一个非常致命的问题就是由于蓝宝石热导率差使得热量不能够有效地传出去，虽然倒装LED能够解决部分散热问题，但是蓝宝石如何影响LED的结温的还没有被报导过，以及如何准确地测量LED蓝宝石温度和结温的相互关系，这都是急需解决的问题，这将实质上帮助解决LED散热的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种同时测量LED中衬底温度和器件层温度的方法，为研究LED散热问题提供直接的测量手段。

为了解决上述问题，本发明提供了一种同时测量LED中衬底温度和器件层温度的方法，包括如下步骤：提供一LED结构，所述LED结构包括衬底及其表面的器件层；提供一激发光，聚焦入射在衬底靠近器件层一侧的表面上，同时激发得到衬底和器件层的拉曼光谱特征峰；根据衬底和器件层的拉曼光谱特征峰的频率值，计算衬底和器件层的温度。

作为可选的技术方案，所述计算衬底和器件层温度的步骤中，进一步包括：提供一与待测结构相同的标样；通过变化标样的温度来标定衬底和器件层的温度与特征峰位置之间的关系；利用此关系计算出待测结构的衬底和器件层温度。

作为可选的技术方案，根据温度与拉曼光谱特征峰之间的经验公式计算衬底和器件层的温度。

作为可选的技术方案，所述激发光不被衬底吸收，并从衬底远离器件层一侧入射至衬底靠近器件层一侧的表面上。

作为可选的技术方案，所述激发光不被器件层吸收，并从器件层远离衬底一侧入射至衬底靠近器件层一侧的表面上；或者所述衬底为蓝宝石衬底，器件层为GaN。

本发明的优点在于，通过采用一聚焦的竖直空间分辨率大于器件层的厚度的聚焦激光束来同时测定有源区和衬底的拉曼光谱特征峰，从而计算出两者在同一时刻的温度值，为研究LED散热问题提供直接的测量手段。

附图说明

附图1所示是本发明的具体实施方式的实施步骤示意图。

附图2所示是本发明的具体实施方式所采用的测试系统示意图。

附图3所示是以蓝宝石衬底生长的GaN有源区作为LED为例，在0mA和600mA电流下分别得到拉曼光谱。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的一种同时测量LED中蓝宝石温度和结温的方法具体实施方式做详细说明。

附图1所示是本具体实施方式的实施步骤示意图，包括：步骤S10，提供一LED结构，所述LED结构包括衬底及其表面的器件层；步骤S11，提供一激发光，聚焦入射在衬底靠近器件层一侧的表面上；步骤S12，根据衬底和器件层的拉曼光谱特征峰的频率值，计算衬底和器件层的温度。

附图2所示是本具体实施方式所述方法所采用的测试系统示意图，包括LED结构的衬底100和器件层120，以及激发光150和激发光收集装置(未示出)。

参考步骤S10，提供一LED结构，所述LED结构包括衬底100及其表面的器件层120。本具体实施方式中，衬底100为蓝宝石衬底，器件层120为GaN。以上两种材料为常见的制作LED的材料。所述器件层120应当进一步包括N型GaN、P型GaN以及夹在两者之间的多量子阱发光区域。

参考步骤S11，提供一共聚焦拉曼的激发光150，聚焦入射在衬底100靠近器件层120一侧的表面上，同时激发得到衬底100和器件层120的拉曼光谱特征峰。采用上述材料的情况下，可以使用波长为633nm的激光作为激发光150，此波长的激发光不被蓝宝石吸收，故可以从蓝宝石一侧入射至蓝宝石靠近GaN器件层一侧的表面处。激发光150聚焦的竖直空间分辨率应当能够保证收集到器件层中有效的拉曼激发信号，例如采用共聚焦拉曼，其竖直空间分辨率大约是2μm，对于GaN等化合物半导体而言，这一厚度足以激发出足够的拉曼激发信号，故可以在拉曼光谱上同时获得GaN的E₂-high和蓝宝石的R₂-lines的信号。在此情况下所获得的GaN的拉曼信号可以认为是整个LED器件层的信号，所测的GaN的温度可以看作是器件层的温度。

参考步骤S12，根据衬底100和器件层120的拉曼光谱特征峰的频率值，计算衬底100和器件层120的温度。

根据频谱的特征峰频率值计算温度的方法有很多种，例如标样进行标定或者经验公式推导等。