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GB/T 30655-2014 相关标准英文版PDF

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GB/T 30655-2014 160 GB/T 30655-2014 3秒自动 氮化物LED外延片内量子效率测试方法
   
基本信息
标准编号 GB/T 30655-2014 (GB/T30655-2014)
中文名称 氮化物LED外延片内量子效率测试方法
英文名称 Test methods for internal quantum efficiency of nitride LED epitaxial layers
行业 国家标准 (推荐)
中标分类 H21
国际标准分类 77.040.99
字数估计 10,125
发布日期 12/31/2014
实施日期 9/1/2015
引用标准 GB/T 6379
标准依据 国家标准公告2014年第33号
发布机构 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会
范围 本标准规定了Ⅲ-V族氮化物LED外延片内量子效率的测试方法。本标准适用于基于Ⅲ-V族氮化物的量子阱LED内量子效率的测试。

GB/T 30655-2014: 氮化物LED外延片内量子效率测试方法 中华人民共和国国家标准 氮化物LED外延片内量子效率测试方法 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布 前言 本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布 机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203)和全国半导体设备和材料标准 化技术委员会材料分会(SAC/TC203/SC2)共同提出并归口。 本标准起草单位:中国科学院半导体研究所。 本标准主要起草人:魏学成、赵丽霞、王军喜、曾一平、李晋闽。 1 范围 本标准规定了Ⅲ-Ⅴ族氮化物LED外延片内量子效率的测试方法。 本标准适用于基于Ⅲ-Ⅴ族氮化物的量子阱LED内量子效率的测试。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 GB/T 6379 测量方法与结果的准确度(正确度与精密度) 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 4 符号 下列符号适用于本文件。 N:载流子浓度。 EL:电致发光。 PL:光致发光。 IPL:PL积分强度。 Plaser:激光器功率。 ηEQE:外量子效率。 ηIQE:内量子效率。 ηextraction:光提取效率。 ηinjection:注入效率。 ηradiative:辐射复合效率。 ηnontadiative:非辐射复合效率。 5 方法原理 5.1 氮化物LED外延片内量子效率的测试方法目前有三种: a) 测试方法一:利用低温、室温光致发光光谱积分强度比测试内量子效率; b) 测试方法二:利用同温变激发密度光致发光光谱积分强度测试内量子效率; c) 测试方法三:利用出光模型从外量子效率倒推内量子效率。 5.2 利用低温、室温光致发光光谱积分强度比测量内量子效率:因为非辐射复合在低温下会被冻结,假 定低温下(20K以下)非辐射复合被完全冻结,辐射复合效率为100%;并且忽略光吸收系数、注入效率 和提取效率随温度的变化,所以根据量子阱载流子速率方程和辐射复合效率方程,分别见式(1)和式 (2),利用室温下的PL积分强度和低温下的PL积分强度之间的比值可以测试内量子效率,见式(3)。 5.3 利用同温变激发密度光致发光光谱积分强度测试内量子效率:采用速率方程[式(1)]拟合PL发 光强度随激发功率的变化曲线,由此获得A、B、C 参数和内量子效率随载流子浓度的变化关系[忽略 f(N)]。 光注入下载流子产生速率按式(4)计算: 5.4 利用出光模型从外量子效率倒推内量子效率:首先利用积分球直接测量光功率,并通过式(6)计算 得出外量子效率。而外量子效率由内量子效率和提取效率组成,进而推导出内量子效率,如式(7)所示。 因此通过光学软件模拟出光提取效率,即可得到内量子效率。由于LED外延材料结构、芯片结构和封 装结构难以取得一致,此方法可以作为其他两种方法的验证,但不推荐作为标准推广。 6 仪器 6.1 氮化物LED外延片内量子效率测试仪器为荧光光谱仪,测试系统需包括光源、聚焦透镜、致冷机、 冷头、低温样品架、单色仪、探测器、数据采集处理系统等。 6.2 光源采用单模激光器(其光子能量需大于有源区带隙),例如蓝光LED可以采用405nm激光器, 透镜采用平凸透镜,致冷机采用液氦致冷机,数据采集处理系统由计算机和专用数据处理程序软件 组成。 6.3 由于内量子效率与注入的载流子密度相关,计算内量子效率时需要给出激发波长、激发密度。 7 测试环境 除另有规定外,应在下列条件下进行测试: a) 环境温度:23℃±5℃; b) 相对湿度:≤90%; c) 大气压:86kPa~106kPa; d) 测试环境应无影响测试准确度的机械振动、电磁、光照和化学腐蚀等干扰。 8 试样 测试样片应为抛光晶片,晶片表面洁净。 9 测试程序 9.1 测试准备 测试前,检查并确定测试系统各仪器处于良好状态。 9.2 测试步骤 9.2.1 利用低温、室温光致发光光谱积分强度比测试内量子效率的步骤如下: a) 打开激光器,检查是否工作正常; b) 依次打开单色仪、探测器电源开关,检查是否工作正常; c) 通过标准光源校准单色仪; d) 在样品架上装好样品,然后安装真空防护罩,抽真空,开循环冷却水和压缩机,待温度降到 20K以下,并在该温度稳定30min后,开始测量; e) 利用数据采集系统通过专用软件测量低温光致发光光谱; f) 然后通过电阻加热升温到室温(295K)并稳定30min后,继续利用数据采集系统通过专用软 件测量室温光致发光光谱; g) 测试完全结束后关闭所有仪器电源; h) 通过软件计算内量子效率。 9.2.2 利用同温变激发密度光致发光光谱积分强度测试内量子效率的步骤如下: a) 打开激光器,检查是否工作正常; b) 依次打开单色仪、探测器电源开关,检查是否工作正常; c) 通过标准光源校准单色仪;如果采用室温测试直接进行步骤e),如果采用高低温测试则继续 步骤d); d) 在样品架上装好样品,然后安装真空防护罩,抽真空,开循环冷却水和压缩机,待温度达到设定 温度,并在该温度稳定30min后,开始测量; e) 通过在激光光路上插入不同衰减倍数的衰减片改变激光激发密度,继而利用数据采集系统通 过专用软件分别测量不同激光激发密度下的光致发光光谱; f) 然后通过电阻加热或者致冷机降温恢复到室温(295K),并稳定30min后,关闭所有仪器 电源; g) 通过软件计算内量子效率。 9.2.3 利用出光模型从外量子效率倒推内量子效率的步骤如下: a) 依次打开电源、探测器电源开关,检查是否工作正常; b) 通过标准光源校准积分球; c) 在样品架上装好样品,对LED接通电源,开始测量LED的光功率,并通过除以输入电功率(电 流和电压的乘积)计算得出外量子效率; d) 通过专用软件模拟LED的光提取效率,这一步骤需要根据LED结构进行模型优化; e) 测试完全结束后关闭所有仪器电源; f) 通过软件计算内量子效率。 10 测试结果的计算与表述 10.1 利用低温室温光致发光光谱积分强度比测量内量子效率 采用测试方法一,利用图1装置,激光器为405nm激光器,激光功率为50mW,通过致冷机使样品 温度降到10K,测试其PL谱,然后通过加热器,使样品温度升高到室温295K,继续测试PL谱,然后分 别计算两个PL谱的积分强度,通过室温PL和低温PL的比值计算LED(外延片)的内量子效率。 举例:通过专用软件绘出PL谱,如图2所示,拟合得出室温和低温下的PL积分强度,计算内量子 效率为79.5%。 10.2 利用同温变激发密度光致发光光谱积分强度测量内量子效率 室温下,采用测试方法二,利用图1装置,激光器为405nm激光器,激光功率为50mW,激光光斑 为100μm,通过连续衰减片,使激光功率分别为10%、15%、20%、35%、50%、70%、100%,测量其PL 谱,并计算其PL谱的积分强度,然后通过式(4)得出光谱强度的变化规律,通过专用软件拟合计算LED 的内量子效率变化曲线如图3所示。 10.3 利用出光模型从外量子效率倒推内量子效率 采用测试方法三,首先根据LED的结构,模拟LED的提取效率,然后将LED外延片加工成芯片, 通过电功率测得其外量子效率,然后通过计算即可得出LED的内量子效率。 举例:室温下,通过测量其蓝光功率为42.5mW,工作电流350mA,其峰值波长为455nm,得出其 外量子效率3.90%;通过专用软件对外延片和封装结构进行模拟,其提取效率为4.86%,通过计算得出 内量子效率为80.2%。 11 精密度 试验样品选用常规LED外延片,要求样品厚度偏差< 3μm,组分均匀性达到95%以上,从外延片 中心处选取一个样品。 单个实验室的内量子效率测量重复性为3%以内(依据GB/T 6379计算)。 多个实验室的测量精度实验选取3个实验室,每个实验室采用同一方法测试一次。同一方法内量 子效率测量再现性在3%以内(依据GB/T 6379计算)。 多个实验室采用设备配置不一样,所需参数基本一致。 12 质量保证和控制 应用参考样片,在每次测试前校核本方法的有效性,当过程失控时,应找出原因,......