评测发光二极管内量子效率的方法技术

本发明专利技术公开一种发光二极管内量子效率测量方法，包括测量发光二极管在小电流区域的伏安特性曲线；利用发光二极管在该小电流区域的伏安特性曲线及该发光二极管发光特性，针对发光二极管的材料类型确定相应的模型及其载流子输运规律，对伏安特性曲线进行曲线拟合，得到辐射复合与非辐射复合的参数，进而得到该小电流区域上发光二极管的内量子效率；测量该发光二极管全电流区间的外量子效率，根据小电流区域的外量子效率和内量子效率，确定外量子效率和内量子效率的比值；根据全电流区间的外量子效率，除以光提取效率，得到全电流区间的内量子效率。通过本发明专利技术的小电流区域测量的光提取效率，可扩展在全电流区间，容易求出全电流区间的内量子效率。

A Method for Evaluating Quantum Efficiency in Light Emitting Diodes

The invention discloses a method for measuring quantum efficiency in light emitting diodes, which includes measuring the volt-ampere characteristic curve of light emitting diodes in a small current region, using the volt-ampere characteristic curve of light emitting diodes in the small current region and the light emitting characteristics of the light emitting diodes, determining the corresponding model for the material type of light emitting diodes and the carrier transport law, and performing the volt-ampere characteristic curve. The parameters of radiation recombination and non-radiation recombination are obtained by curve fitting, and then the internal quantum efficiency of the light emitting diode in the low current region is obtained. The external quantum efficiency of the full current region of the light emitting diode is measured, and the ratio of the external quantum efficiency to the internal quantum efficiency is determined according to the external quantum efficiency and the internal quantum efficiency in the low current region. The internal quantum efficiency in the full current range is obtained by the light extraction efficiency. The light extraction efficiency measured in the small current region of the invention can be extended to the full current region, and the internal quantum efficiency in the full current region can be easily calculated.

【技术实现步骤摘要】
评测发光二极管内量子效率的方法
本专利技术属于半导体光电子器件领域，进一步涉及一种评测LED发光二极管内量子效率的方法。
技术介绍
LED的内量子效率表示单位时间内有源区产生的光子数和注入到LED中的电子数之比，是评价LED性能水平的重要指标。但是目前实验上只能精确测量LED的外量子效率，对于内量子效率尚缺乏公认的测量方法。常用的几个方法面临如下的一些问题：一种是变温电致发光法，分别测量室温和低温下不同注入电流下LED的外量子效率，假设低温下当LED外量子效率达到峰值时，对应的内量子效率是100％。将室温下的外量子效率除以低温下外量子效率的峰值，最终得到LED的内量子效率随注入电流的变化。但是这一方法面临的问题是：假设低温下当LED外量子效率达到峰值时，对应的内量子效率是100％是缺乏根据的。因为内量子效率是有源区的辐射复合效率和载流子的注入效率共同决定的。随着温度下降，辐射复合效率会增大而注入效率会下降，因此两者的乘积通常不会单调变化。对于大多数商品化LED，会发现外量子效率在100-200K温度范围内取得最大值，在低温下反而又会降低。因此，低温下当LED的外量子效率取得峰值时，内量子效率不一定是100％。还有一种是理论仿真光提取效率法，外量子效率是内量子效率和光提取效率的乘积。通过对LED芯片、封装理论建模，假设折射率、吸收系数等参数，利用光学仿真软件轨迹追踪可以理论仿真得到光提取效率。用实验测量的外量子效率除以光提取效率即得到LED内量子效率。但是该方法的问题在于：折射率和吸收系数等假设的参数对结果的影响很大，造成得到内量子效率可信度还不高，而且对于不同的器件都需要针对性地进行建模，十分复杂。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种评测LED发光二极管内量子效率的方法，以至少部分解决以上所述的技术问题。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供一种发光二极管内量子效率测量方法，包括：测量发光二极管在小电流区域的伏安特性曲线；利用发光二极管在该小电流区域的伏安特性曲线及该发光二极管发光特性，针对发光二极管的材料类型确定相应的模型及其载流子输运规律，对伏安特性曲线进行曲线拟合，得到辐射复合与非辐射复合的参数，从而得到该小电流区域上发光二极管的内量子效率；测量该发光二极管全电流区间的外量子效率，根据小电流区域的外量子效率和内量子效率，确定外量子效率和内量子效率的比值，该比值即为全电流区间的光提取效率；根据全电流区间的外量子效率，除以所述光提取效率，得到全电流区间的内量子效率。在进一步的实施方案中，所述小电流区域按照如下方式选取：根据发光二极管电流电压的关系图，对电流取对数，从而得到对数坐标下电流与电压的关系曲线；在所述关系曲线中，找到斜率最大的点，也即理想因子最小点，这个点被称为是大注入的起始点；从伏安特性曲线中选择所述大注入的起始点电压的0.99～1倍所对应的电流区域，选取为小电流区域。在进一步的实施方案中，所述小电流区域为1×10-6A～1×10-5A。在进一步的实施方案中，所述小电流区域为10-6A。在进一步的实施方案中，所述针对发光二极管的材料类型确定相应的模型，具体包括：对于红蓝发光二极管，其模型的电流电压关系为：其中IRR和ISRH分别为辐射复合电流以及肖克利-里德-哈尔复合电流，Is1和Is2为对应电流的拟合参数，代表了辐射复合电流以及肖克利-里德-哈尔复合电流各自的强度，k为玻尔兹曼常数，I和V分别为实验测得的电流和电压。在进一步的实施方案中，所述针对发光二极管的材料类型确定相应的模型，具体包括：对于绿光发光二极管，考虑到隧穿电流的影响，此时模型的电流电压关系为：其中IRR和ISRH分别为辐射复合电流以及肖克利-里德-哈尔复合电流，Is1和Is2为各对应电流的拟合参数，代表了辐射复合电流以及肖克利-里德-哈尔复合电流各自的强度，ITUN为隧穿电流，GT为需要拟合的参数，代表了隧穿电流的强度。在进一步的实施方案中，该小电流区域上发光二极管的内量子效率IQE依照如下方式计算：I为总电流。在进一步的实施方案中，利用光电倍增管测量该发光二极管全电流区间外量子效率的相对数值，并积分求测出在全电流区间的外量子效率的真实数值，从而得到全电流区间的外量子效率。在进一步的实施方案中，光提取效率按照如下方式计算：通过小电流区域上的内量子效率IQE与外量子效率EQE计算出光提取效率：LEE＝EQE/IQE，LEE被认为是一个常数。在进一步的实施方案中，所述测量该发光二极管全电流区间的外量子效率在室温条件下测量。(三)有益效果(1)通过本专利技术在小电流区域测量的光提取效率，可以忽略载流子泄漏、俄歇复合以及串联电阻造成的影响；(2)通过本专利技术的小电流区域测量的光提取效率，可以扩展在全电流区间，再根据外量子效率，容易求出全电流区间的内量子效率；(3)本专利技术中所需要的测量的仅仅是室温下发光二极管的伏安特性曲线以及外量子效率曲线，较容易获取。附图说明图1是本专利技术实施例的发光二极管内量子效率测量方法流程图。图2是本专利技术实施例的蓝、绿、红发光二极管各自电流与电压的关系图。图3是图2中各种二极管对应理想因子的示意图。图4是红光或蓝光二极管的模型及对应内外量子效率曲线示意图。图5是绿光二极管的模型及对应内外量子效率曲线示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。根据本专利技术的基本构思，提出一种LED内量子效率测量方法。利用发光二极管在小电流下的伏安特性曲线及其载流子输运规律，拟合得到LED的内量子效率。以此为参考，结合测试得到的外量子效率曲线，计算出LED的内量子效率。图1是本专利技术实施例的发光二极管内量子效率测量方法流程图。根据本专利技术实施例的发光二极管内量子效率测量方法，包括：S1：测量发光二极管在小电流区域的伏安特性曲线；S2：利用发光二极管在该小电流区域的伏安特性曲线及该发光二极管发光特性，针对发光二极管的材料类型确定相应的模型及其载流子输运规律，对伏安特性曲线进行曲线拟合，得到辐射复合与非辐射复合的参数，进而得到该小电流区域上发光二极管的内量子效率；S3：测量该发光二极管全电流区间的外量子效率，根据小电流区域的外量子效率和内量子效率，确定外量子效率和内量子效率的比值，该比值即为全电流区间的光提取效率；S4：根据全电流区间的外量子效率，除以所述光提取效率，得到全电流区间的内量子效率。对于步骤S1，测量LED在小电流下(10-6A量级)的伏安特性曲线。由于所选取的电流很小，因而可以忽略载流子泄漏、俄歇复合以及串联电阻造成的影响。优选的，可以通过减小采样点之间的间隔，提高对发光二极管伏安特性曲线测量的精度，从而减少后续曲线拟合带来的误差。在一些实施例中，所述小电流区域按照如下方式选取：根据发光二极管电流电压的关系图，对电流取对数，从而得到对数坐标下电流与电压的关系曲线；在所述关系曲线中，找到斜率最大的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光二极管内量子效率测量方法，其特征在于包括：测量发光二极管在小电流区域的伏安特性曲线；利用发光二极管在该小电流区域的伏安特性曲线及该发光二极管发光特性，针对发光二极管的材料类型确定相应的模型及其载流子输运规律，对伏安特性曲线进行曲线拟合，得到辐射复合与非辐射复合的参数，进而得到该小电流区域上发光二极管的内量子效率；测量该发光二极管全电流区间的外量子效率，根据小电流区域的外量子效率和内量子效率，确定外量子效率和内量子效率的比值，该比值即为全电流区间的光提取效率；根据全电流区间的外量子效率，除以所述光提取效率，得到全电流区间的内量子效率。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管内量子效率测量方法，其特征在于包括：测量发光二极管在小电流区域的伏安特性曲线；利用发光二极管在该小电流区域的伏安特性曲线及该发光二极管发光特性，针对发光二极管的材料类型确定相应的模型及其载流子输运规律，对伏安特性曲线进行曲线拟合，得到辐射复合与非辐射复合的参数，进而得到该小电流区域上发光二极管的内量子效率；测量该发光二极管全电流区间的外量子效率，根据小电流区域的外量子效率和内量子效率，确定外量子效率和内量子效率的比值，该比值即为全电流区间的光提取效率；根据全电流区间的外量子效率，除以所述光提取效率，得到全电流区间的内量子效率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述小电流区域按照如下方式选取：根据发光二极管电流电压的关系图，对电流取对数，从而得到对数坐标下电流与电压的关系曲线；在所述关系曲线中，找到斜率最大的点，也即理想因子最小点，这个点被称为是大注入的起始点；从伏安特性曲线中选择所述大注入的起始点电压的0.99～1倍所对应的电流区域，选取为小电流区域。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述小电流区域为1×10-6A～1×10-5A。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述小电流区域为10-6A。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对发光二极管的材料类型确定相应的模型，具体包括：对于红蓝发光二极管，其模型的电流电压关系为：其中IRR和ISRH分别为辐射复合电流以及肖...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪莱，糜陈子仪，金杰，郝智彪，罗毅，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11