專利名稱：同時測量led中襯底溫度和器件層溫度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件與工藝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種同時測量LED中襯底溫度和器件層溫度的方法。
背景技術(shù)：
近幾年，大功率GaN基LEDs由于其在照明領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景而得到迅速的發(fā)展。但是對大功率LED存在著一個非常致命的問題就是由于藍(lán)寶石熱導(dǎo)率差使得熱量不能夠有效地傳出去，雖然倒裝LED能夠解決部分散熱問題，但是藍(lán)寶石如何影響LED的結(jié)溫的還沒有被報導(dǎo)過，以及如何準(zhǔn)確地測量LED藍(lán)寶石溫度和結(jié)溫的相互關(guān)系，這都是急需解決的問題，這將實質(zhì)上幫助解決LED散熱的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種同時測量LED中襯底溫度和器件層溫度的方法，為研究LED散熱問題提供直接的測量手段。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種同時測量LED中襯底溫度和器件層溫度的方法，包括如下步驟提供一 LED結(jié)構(gòu)，所述LED結(jié)構(gòu)包括襯底及其表面的器件層；提供一激發(fā)光，聚焦入射在襯底靠近器件層一側(cè)的表面上，同時激發(fā)得到襯底和器件層的拉曼光譜特征峰；根據(jù)襯底和器件層的拉曼光譜特征峰的頻率值，計算襯底和器件層的溫度。作為可選的技術(shù)方案，所述計算襯底和器件層溫度的步驟中，進(jìn)一步包括提供一與待測結(jié)構(gòu)相同的標(biāo)樣；通過變化標(biāo)樣的溫度來標(biāo)定襯底和器件層的溫度與特征峰位置之間的關(guān)系；利用此關(guān)系計算出待測結(jié)構(gòu)的襯底和器件層溫度。作為可選的技術(shù)方案，根據(jù)溫度與拉曼光譜特征峰之間的經(jīng)驗公式計算襯底和器件層的溫度。作為可選的技術(shù)方案，所述激發(fā)光不被襯底吸收，并從襯底遠(yuǎn)離器件層一側(cè)入射至襯底靠近器件層一側(cè)的表面上。作為可選的技術(shù)方案，所述激發(fā)光不被器件層吸收，并從器件層遠(yuǎn)離襯底一側(cè)入射至襯底靠近器件層一側(cè)的表面上；或者所述襯底為藍(lán)寶石襯底，器件層為GaN。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過采用一聚焦的豎直空間分辨率大于器件層的厚度的聚焦激光束來同時測定有源區(qū)和襯底的拉曼光譜特征峰，從而計算出兩者在同一時刻的溫度值，為研究LED散熱問題提供直接的測量手段。


附圖1所示是本發(fā)明的具體實施方式
的實施步驟示意圖。附圖2所示是本發(fā)明的具體實施方式
所采用的測試系統(tǒng)示意圖。附圖3所示是以藍(lán)寶石襯底生長的GaN有源區(qū)作為LED為例，在OmA和600mA電流下分別得到拉曼光譜。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的一種同時測量LED中藍(lán)寶石溫度和結(jié)溫的方法具體實施方式
做詳細(xì)說明。附圖1所示是本具體實施方式
的實施步驟示意圖，包括步驟S10，提供一 LED結(jié)構(gòu)，所述LED結(jié)構(gòu)包括襯底及其表面的器件層；步驟S11，提供一激發(fā)光，聚焦入射在襯底靠近器件層一側(cè)的表面上；步驟S12，根據(jù)襯底和器件層的拉曼光譜特征峰的頻率值，計算襯底和器件層的溫度。附圖2所示是本具體實施方式
所述方法所采用的測試系統(tǒng)示意圖，包括LED結(jié)構(gòu)的襯底100和器件層120，以及激發(fā)光150和激發(fā)光收集裝置(未示出)。參考步驟S10，提供一 LED結(jié)構(gòu)，所述LED結(jié)構(gòu)包括襯底100及其表面的器件層 120。本具體實施方式
中，襯底100為藍(lán)寶石襯底，器件層120為GaN。以上兩種材料為常見的制作LED的材料。所述器件層120應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步包括N型GaN、P型GaN以及夾在兩者之間的多量子阱發(fā)光區(qū)域。參考步驟S11，提供一共聚焦拉曼的激發(fā)光150，聚焦入射在襯底100靠近器件層 120 一側(cè)的表面上，同時激發(fā)得到襯底100和器件層120的拉曼光譜特征峰。采用上述材料的情況下，可以使用波長為633nm的激光作為激發(fā)光150，此波長的激發(fā)光不被藍(lán)寶石吸收，故可以從藍(lán)寶石一側(cè)入射至藍(lán)寶石靠近GaN器件層一側(cè)的表面處。激發(fā)光150聚焦的豎直空間分辨率應(yīng)當(dāng)能夠保證收集到器件層中有效的拉曼激發(fā)信號，例如采用共聚焦拉曼，其豎直空間分辨率大約是2 μ m，對于GaN等化合物半導(dǎo)體而言，這一厚度足以激發(fā)出足夠的拉曼激發(fā)信號，故可以在拉曼光譜上同時獲得GaN的氏-high和藍(lán)寶石的I-Iines的信號。在此情況下所獲得的GaN的拉曼信號可以認(rèn)為是整個LED器件層的信號，所測的GaN 的溫度可以看作是器件層的溫度。參考步驟S12，根據(jù)襯底100和器件層120的拉曼光譜特征峰的頻率值，計算襯底 100和器件層120的溫度。根據(jù)頻譜的特征峰頻率值計算溫度的方法有很多種，例如標(biāo)樣進(jìn)行標(biāo)定或者經(jīng)驗公式推導(dǎo)等。如果采用標(biāo)樣標(biāo)定的方法，可以采用如下的步驟首先提供一與待測結(jié)構(gòu)相同的標(biāo)樣；然后通過變化標(biāo)樣的溫度來標(biāo)定襯底和器件層的溫度與特征峰位置之間的關(guān)系；再利用此關(guān)系計算出待測結(jié)構(gòu)的襯底和器件層溫度。如果采用經(jīng)驗公式推導(dǎo)的方法，則可以直接根據(jù)溫度與拉曼光譜特征峰之間的經(jīng)驗公式計算襯底和器件層的溫度。標(biāo)樣標(biāo)定的方法的優(yōu)點(diǎn)在于簡單直接，采用從實踐中獲取標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算的系統(tǒng)誤差小，但標(biāo)定工作繁復(fù)，而利用經(jīng)驗公式的方法簡單易行，但經(jīng)驗公式的準(zhǔn)確度欠佳，故在實際測量中應(yīng)當(dāng)靈活選取上述兩種方法或者其他可行的方法來計算樣品的溫度。以下給出本發(fā)明的一個實施例。以藍(lán)寶石襯底生長的GaN有源區(qū)作為LED為例，在OmA和600mA電流下分別得到拉曼光譜，如附圖3所示。570CHT1左右的峰為GaN的E2_high聲子模式。拉曼頻移為1380CHT1 左右的R1和&峰是藍(lán)寶石的Cr3+的兩個峰。有源區(qū)GaN的拉曼峰頻率與溫度的經(jīng)驗公式表示為CN 102230831 A
說明書
3/3頁
ZU(T) = ZU0-其中A = 17. 9cm"1, B = O. 99，ω。為 OK 下的拉曼峰頻率(引自Μ· S. Liu, L. A. Bursill, S. Prawer, and K. W. Nugent, Appl. Phys. Lett. 74，3125 (1999))。從上式可以看出，為了計算在600mA下的GaN有源區(qū)溫度，首先要計算得到樣品的ω0Ο在室溫下 (Τ = 300Κ)，拉曼光譜測量得到樣品的 ω (Τ = 300Κ)為 570. 093cm"1,由 ω (Τ = 300Κ)， A = 17.9cm—1，B = 0.99以及上述公式計算出樣品的ωQ為571. 361cm—1。再利用ω。為 571. 361CHT1，A = 17. 9cm_1, B = O. 99，以及 600mA 下的 ω 為 568. IOOcm-1,從而 LED 的結(jié)溫 T = 435. 67K。在測定ω Q的步驟中需要指出的是，由于E2對應(yīng)力比較敏感，而GaN中應(yīng)力存在著不均勻分布，在用E2進(jìn)行結(jié)溫測量的時候要克服兩個影響因素(1)溫度對應(yīng)力分布的影響，這個可以通過高溫共聚焦Raman的斷面mapping實驗進(jìn)行驗證，實驗表明不同溫度下的應(yīng)力分布的形狀基本上沒有變化，溫度不會改變應(yīng)力在LED中的縱向分布；(2)LED中本身的應(yīng)力分布不均的影響，這個問題可以通過測量不同點(diǎn)的Qci得到消除。這樣可以消除不同位置由于應(yīng)力分布不均而對結(jié)溫測量產(chǎn)生誤差。利用高溫拉曼測量樣品藍(lán)寶石I-Iine隨溫度變化的拉曼譜線，線性擬合得到樣品藍(lán)寶石溫度測量的經(jīng)驗公式
^2(J) = 1358.50 + 0.1367可根據(jù)該公式得到LED中600mA下藍(lán)寶石的溫度為455. 56K。通過以上測試結(jié)果可以看出，600mA的大電流下藍(lán)寶石的溫度比結(jié)區(qū)的溫度高，這證明了藍(lán)寶石在大電流下由于導(dǎo)熱差在倒裝LED中積聚大量的熱，嚴(yán)重影響了 LED的散熱。 故上述方法所獲得的結(jié)論對指導(dǎo)LED結(jié)構(gòu)以及芯片設(shè)計上都具有指導(dǎo)意義，因此上述方法具有實用價值。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種同時測量LED中襯底溫度和器件層溫度的方法，其特征在于，包括如下步驟提供一 LED結(jié)構(gòu)，所述LED結(jié)構(gòu)包括襯底及其表面的器件層；提供一激發(fā)光，聚焦入射在襯底靠近器件層一側(cè)的表面上，同時激發(fā)得到襯底和器件層的拉曼光譜特征峰；根據(jù)襯底和器件層的拉曼光譜特征峰的頻率值，計算襯底和器件層的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述計算襯底和器件層溫度的步驟中，進(jìn)一步包括提供一與待測結(jié)構(gòu)相同的標(biāo)樣；通過變化標(biāo)樣的溫度來標(biāo)定襯底和器件層的溫度與特征峰位置之間的關(guān)系；利用此關(guān)系計算出待測結(jié)構(gòu)的襯底和器件層溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)溫度與拉曼光譜特征峰之間的經(jīng)驗公式計算襯底和器件層的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述激發(fā)光不被襯底吸收，并從襯底遠(yuǎn)離器件層一側(cè)入射至襯底靠近器件層一側(cè)的表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述激發(fā)光不被器件層吸收，并從器件層遠(yuǎn)離襯底一側(cè)入射至襯底靠近器件層一側(cè)的表面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述襯底為藍(lán)寶石襯底，器件層為GaN。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，激發(fā)光聚焦的豎直空間分辨率不小于 2 μ m0
全文摘要
一種同時測量LED中襯底溫度和器件層溫度的方法，包括如下步驟提供一LED結(jié)構(gòu)，所述LED結(jié)構(gòu)包括襯底及其表面的器件層；提供一激發(fā)光，聚焦入射在襯底靠近器件層一側(cè)的表面上，同時激發(fā)得到襯底和器件層的拉曼光譜特征峰；根據(jù)襯底和器件層的拉曼光譜特征峰的頻率值，計算襯底和器件層的溫度。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，通過采用一聚焦的豎直空間分辨率大于有源區(qū)的厚度的聚焦激光束來同時測定有源區(qū)和襯底的拉曼光譜特征峰，從而計算出兩者在同一時刻的溫度值，為研究LED散熱問題提供直接的測量手段。
文檔編號G01K11/00GK102230831SQ20111007811
公開日2011年11月2日 申請日期2011年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月30日
發(fā)明者周桃飛, 崔苗, 張錦平, 徐科, 王建峰, 田飛飛, 黃 俊 申請人:中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所