通过电介质层注入电流实现LED器件光电性能测试的设备制造技术

本发明专利技术涉及一种通过电介质层注入电流实现LED器件光电性能测试的设备。包括外部电源、电极或电极阵列组成的电极板、电介质层、采集待测LED器件发光参数的光参数探测系统；所述外部电源与电极板相连接，电极板通过电介质层与LED器件的P型层或阳极或N型层或阴极接触，外部电源提供脉冲电压施加到电极板并通过电介质层实现电容性电流注入和电导性电流注入到LED器件实现其电致发光，通过光参数探测系统采集LED器件发光参数，包括亮度、波长和角分布。本发明专利技术通过改变电压波形、不同电介质层厚度和采用不同电介质材料，可以实现LED器件光电特性参数的测量。电特性参数的测量。电特性参数的测量。

【技术实现步骤摘要】
通过电介质层注入电流实现LED器件光电性能测试的设备


[0001]本专利技术涉及一种通过电介质层注入电流实现LED器件光电性能测试的设备，更具体地，本专利技术的实施涉及LED外延生长、LED芯片制备、LED芯片转移和组装等工艺过程中LED电光性能的检测，特别是应用在微米级LED(Micro
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LED)显示制备中涉及的LED外延生长、Micro
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LED芯片制备、Micro
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LED芯片转移、键合和修复等过程。

技术介绍

[0002]无机发光二极管(LEDs)由诸如GaAs、AlGaInP/GaP、InGaN/GaN等化合物半导体组成，LED的材料组成成分决定了其发射光波长，可实现红外到可见光到紫外波段。在外加电场的驱动下载流子被注入LED器件，n型半导体中的电子与p型半导体中的空穴在P
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N节复合，能量以电磁波的形式释放并最终表现为发光。AlGaAs和AlGaInP半导体材料通常用于红光和黄光LED，基于GaN的半导体则用于绿色、蓝色和紫外LED。经典的氮化物LED的结构包含了一个或者更多的InGaN量子阱的有源区，夹在更厚的n型GaN与p型GaN中。外延片生长是通过诸如金属有机化学气相沉积(MOCVD)方式把气态物质有控制地输送到加热至适当温度的衬底基片(如蓝宝石或硅)上，生长出包含至少具备N型、量子阱和P型半导体等多层单晶薄膜结构。典型的基于GaN的蓝绿光LED结构示意图如图1所示，其中，1为衬底，2为u
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GaN缓冲层，3为n
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GaN，4为MQW，5为p
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GaN，6为ITO(Indium
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TinOxide)，7为p型GaN欧姆接触电极层，8为n型GaN欧姆接触电极层。4、5、6、7在工艺上合称为台面(Mesa)，Mesa作为主要发光区域。通常先进行浅刻蚀定义台面结。其次，进行深刻蚀将n
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GaN区域刻蚀出来，可刻至蓝宝石衬底形成独立发光的LED芯片，也可仅将n
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GaN刻蚀一部分形成共阴极结构，即所有Micro LED芯片阴极连接在一起。其次生长二氧化硅绝缘层并刻蚀出p电极开口，最后在开口处蒸镀p电极金属。红光LED的工艺流程与蓝绿光类似，其衬底通常为GaAs,其上依次为p
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InGaP，InAlP/InGaP组成的MQW，n
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InGaP外延层，电极排布与蓝绿光LED类似。
[0003]Micro
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LED显示是一种新型的由微米级LED组成的阵列显示技术，与现有的主流显示技术(LCD，OLED等)相比，具有自发光、高效率、低功耗、可柔性、高透明、可集成、可交互、高稳定性、全天候工作的优点，被认为是具备全功能和全应用领域的显示技术。但同时面临良率低、成本高、可量产性差的现状，具体面临的挑战体现在LED芯片尺寸达到微米级发光的一致性和效率下降、Micro
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LED芯片高速巨量转移、Micro
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LED芯片与驱动芯片或背板键合、全彩化显示、高光提取效率和高对比度、低功耗驱动技术、检测和修复、以及如何实现大尺寸显示屏的拼接技术。其中组成显示像素的所有Micro
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LED芯片的光电性能的一致性是实现Micro
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LED显示的最重要的前提条件。这就要求从外延工艺上保证外延片上各个区域上材料组分和结构的高度一致，在芯片制备工艺上保证每个微米级芯片的光电性能如阈值电压、发光效率、发光波长、电流与发光强度及发光波长的关系的高度一致性。由于Micro
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LED芯片尺寸是微米级，一个4英寸外延片上有约4000万个10um X 20um尺寸的Micro
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LED芯片，6英寸外延片上有约9000万个10um X 20um尺寸的Micro
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LED芯片，如此巨量的芯片数量，采用传统的接触性测量一是无法在外延片上实现，二是接触式检测会损坏电极的金属
层，三是无法实现快速检测。本专利技术的检测装置可实现对LED外延片或LED芯片非直接接触，通过中间电介质层电流注入方式实现快速的巨量检测。这种方法可以快速有效提供LED外延片各个区域的光电性能，或后续的每个微米级尺寸LED芯片的电致发光(EL)性能，为制备工艺提供反馈，优化工艺，特别是提升Micro
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LED显示制备良率。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种通过电介质层注入电流实现LED器件光电性能测试的设备，通过与外部电源连接的由电极或电极阵列组成的电级板，电极板通过电介质层与LED器件的P型层、或阳极、或N型层(阴极)然后将外部控制的脉冲电压施加到电极板，通过电介质层实现脉冲电流注入到LED器件实现LED器件的电致发光，采用光学系统、光谱仪和快速相机可同时采集LED器件发光的亮度、波长和角分布等LED光学性能。通过改变电压波形，采用同时具备高介电常数和一定导电性的电介质层材料，和电极板与LED芯片的间距，可以实现LED器件电光特性参数的测量。本专利技术的目的在于提供一种无损、快速、电致发光测试方法可广泛用于LED结构制备工艺期间，如LED外延、芯片光刻、蚀刻和金属化等工艺步骤的优化和质量控制。
[0005]在LED芯片制备过程中，进行各种电光性能的检测是确保芯片质量和可重复性。在芯片转移前后，金属电极键合之前都需要对每个LED装置进行电光性能测试。即使存在与所有装置的共同接触(即，共阴极或共阳极)，每个装置的独立单独的电极仍然需要单独接触，以便测试其光电特性。一个4英寸外延片上有约4000万个10um X 20um尺寸的Micro
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LED芯片，6英寸外延片上有约9000万个10um X 20um尺寸的Micro
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LED芯片，如此巨量的芯片数量，采用传统的接触性测量一是无法在外延片上实现，二是接触式检测会损坏电极的金属层，三是无法实现快速检测。因此需要开发非直接电接触方法测试发光二级管(LED)电光性能的方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种通过电介质层注入电流实现LED器件光电性能测试的设备，包括外部电源、电极或电极阵列组成的电极板、电介质层、采集待测LED器件发光参数的光参数探测系统；所述外部电源与电极板相连接，电极板通过电介质层与LED器件的P型层或阳极或N型层或阴极接触，外部电源提供脉冲电压施加到电极板并通过电介质层实现电容性电流注入和电导性电流注入到LED器件实现其电致发光，通过光参数探测系统采集LED器件发光参数，包括亮度、波长和角分布。
[0007]在本专利技术一实施例中，所述外部电源可实现电压随时间可变化，电压幅度范围0到正负50000V，电压上升和下降时间范围是1纳秒到10秒；所述设备可由多个外部电源同时连接多个电极板实现大面积的快速检测。
[0008]在本专利技术一实施例中，电极板中电极的形状为平的、凸型或尖端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过电介质层注入电流实现LED器件光电性能测试的设备，其特征在于，包括外部电源、电极或电极阵列组成的电极板、电介质层、采集待测LED器件发光参数的光参数探测系统；所述外部电源与电极板相连接，电极板通过电介质层与LED器件的P型层或阳极或N型层或阴极接触，外部电源提供脉冲电压施加到电极板并通过电介质层实现电容性电流注入和电导性电流注入到LED器件实现其电致发光，通过光参数探测系统采集LED器件发光参数，包括亮度、波长和角分布。2.根据权利要求1所述的通过电介质层注入电流实现LED器件光电性能测试的设备，其特征在于，所述外部电源可实现电压随时间可变化，电压幅度范围0到正负50000V，电压上升和下降时间范围是1纳秒到10秒；所述设备可由多个外部电源同时连接多个电极板实现大面积的快速检测。3.根据权利要求1所述的通过电介质层注入电流实现LED器件光电性能测试的设备，其特征在于，电极板中电极的形状为平的、凸型或尖端型，电极的间距为LED器件芯片阵列间距的整数倍；每个电极为相互电导通的，统一加电压实现对每个LED器件同时注入电流，或每个电极相互绝缘独立，分别施加电压实现对每个LED器件的独立注入电流，或该两种电极结构的混合形式；电极的材料为包括金、银、铜、铝的金属，或包括ITO、纳米或微米金属颗粒的透明电极材料，或金属、透明电极材料中的至少两种的混合形式。4.根据权利要求1所述的通过电介质层注入电流实现LED器件光电性能测试的设备，其特征在于，所述电介质层为气态、液体、固态或这三种的混合态；电介质层为覆盖整个LED器件，或选择性分布在阳极电极或阴极电极区域；电介质层的厚度范围在1微米到2毫米之间；电介质层采用的材料介电常数高于3，电导率范围在1μS/cm
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100mS/cm，电介质层采用的材料介电常数的选择是基于高介电常数有利于电容耦合的电流注入，且电流注入是电导性电流注入，所以在不击穿的前提下，足够的电导性是电介质层采用的材料实现高电导性电流注入的关键。5.根据权利要求4所述的通过电介质层注入电流实现LED器件光电性能测试的设备，其特征在于，高介电常数的的液态材料为水、甲酰胺、二甲基亚砜、N,N
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二甲基乙酰胺、乙腈、N,N
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二甲基甲酰胺、硝基甲烷、硝基苯、甲醇、六甲基磷酰胺、乙醇、丙酮、异丙醇、吡啶、2
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甲基
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丙醇、1,2
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二氯乙烷、邻二氯苯、二氯甲烷、三氟乙酸、2,2,2
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三氟乙醇、四氢呋喃、1,2
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二甲氧基乙烷、乙酸乙酯、苯...

【专利技术属性】
技术研发人员：严群，黄忠航，孙捷，
申请(专利权)人：严群，
类型：发明
国别省市：