发光二极管(LED)测试设备和制造方法技术

实施例涉及用于制造包含发光二极管(LED)结构的产品的功能性测试方法。具体地，通过使用场板，经由位移电流耦合装置注入电流来功能性地测试LED阵列，该场板包括靠近LED阵列放置的电极和绝缘体。然后将受控电压波形施加到场板电极以并联激发LED装置得到高通量。相机记录由电激发产生的各个光发射，以产生多个LED装置的功能性测试。改变电压条件可以在不同的电流密度水平激发LED，以在功能上测量外部量子效率和其他重要的装置功能参数。

LED test equipment and manufacturing method

The embodiment relates to a functional test method for manufacturing a product including a light-emitting diode (LED) structure. Specifically, the LED array is functionally tested by injecting current through a displacement current coupling device using a field plate including electrodes and insulators placed close to the LED array. Then the controlled voltage waveform is applied to the field plate electrode to excite the LED device in parallel to obtain high flux. The camera records each light emission generated by electrical excitation to generate functional tests of multiple LED devices. By changing the voltage conditions, LED can be excited at different current density levels to measure the external quantum efficiency and other important device functional parameters.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】发光二极管(LED)测试设备和制造方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年1月23日提交的美国临时申请第62/449,554号的优先权，该申请出于所有目的共同转让并通过引用并入本文。
本专利技术涉及发光二极管(LED)装置。更具体地，本专利技术的实施例涉及技术，包括在制造工艺期间功能性测试发光二极管(LED)阵列结构的方法和设备。在一个实例中，该方法在一般的LED装置功能性测试中是有用的，并且对于功能上测试一侧可小到几微米的微型LED(uLED)装置特别有用。利用诸如金属有机化学气相沉积(MOCVD)等技术在支撑衬底上生长微型LED。在将各个装置用于其最终照明或显示应用之前，需要测试LED装置以实现以下一个或多个：产量评估、装箱、装置修复/校正以及收集数据以用于制造工艺反馈/前馈。
技术介绍
发光二极管(LED)已被用作传统光源的替代技术。例如，LED可用于标牌、交通信号灯、汽车尾灯、移动电子显示器以及电视机。与传统光源相比，LED的各种优点可包括提高的效率、更长的寿命、可变发射光谱以及与各种形状因子集成的能力。尽管非常成功，但非常需要用于制造LED的改进技术。
技术实现思路
在LED制造工艺期间，使用诸如半导体工业所使用的批量生产工艺在衬底上形成LED结构。诸如清洁、沉积、光刻、蚀刻以及金属化的工艺步骤用于形成基本LED结构。为了实现批量生产规模制造和更低成本，使用这些工艺在衬底上同时形成许多装置。根据所需的LED类型，使用不同的衬底和材料。例如，UV发射LED通常由氮化镓(GaN)材料制成，其通常是蓝宝石上的异质外延层或使用氢化物气相外延(HVPE)或氨热法制备的独立式GaN衬底。对于其他颜色，可以使用GaAs或GaP衬底。最近，层状转移到支撑衬底上的GaN、GaAs或其他III-V半导体材料已经可用作另一种起始衬底类型。可以使用本专利技术公开的方法来测试的其他可行的LED结构是在塑料、玻璃或其他合适的衬底上制造的有机LED(OLED)装置结构。在LED结构形成制造工艺中，进行各种光学和其他计量测试以确认质量和可重复性。一旦LED结构形成完成，就希望在安装装置之前对每个LED装置进行功能性测试，以用作封装内的LED发光器或显示器内的LED发光器。即使所有装置存在共同的触点(contact)(即，所有阴极连接在一起)，每个装置的每个单独的阳极仍然需要单独的触点，以便在功能上测试其光电特性。衬底上各个LED装置的装置尺寸和绝对体积使这成为一项具有挑战性的任务。例如，具有一侧测量为250μm的LED装置(典型的普通照明型LED)的6”衬底将包含超过250,000个装置，每个装置都需要接触探针/测量周期。如果6”衬底在一侧包含20μm的微型LED装置结构，则需要接触衬底上存在的超过4000万个装置中的每一个。因此需要开发允许功能性LED装置测试而无需单独触点的方法。本专利技术的实施例利用非直接电接触方法，其中，通过使用由合适的电压波形源驱动的电介质涂覆的场板形成的电容器注入电流。电介质表面的另一侧形成放置在各个LED触点的平面附近的电容器，并且在场板电极和公共LED触点或第二电容耦合LED触点之间驱动特定电压波形。在优选实施例中，电压斜升(voltageramp)驱动电极以使位于这些电极之间的LED正向偏置，产生位移电流，该电流以并行方式将电流流入大的多个LED装置中的每一个。然后，根据实施例，使用设置在场板上方或LED支撑衬底下方的集成相机测量功能响应(发光)。然后，图像捕获和处理可以并行提取许多功能装置测试。以这种方式，少至两个电触点可在功能上测试数百万的LED装置。在每次测量之后，电容场板和其他耦合电容元件必须复位，或以不会通过过度反向偏置电压损坏LED装置的方式复位。适当缓慢的负电压斜升将允许LED装置的最小泄漏电流安全地对场板电容器放电，而不会产生破坏性的反向偏置条件。然后可以重复另一个测量循环。改变正向偏置驱动电压斜升将驱动不同的正向偏置电流密度(A/cm2)进入LED装置，从而允许进行更复杂的功能性测试评估。通过选择不同的驱动电压波形使得作为正向偏置电流密度的函数的外部量子效率的装置表征数据是本专利技术的另一个特征。通过修改场板电介质设计和电压斜升值，可在大约0.001到10或更大A/cm2的大电流密度下检测大量装置的精确电流注入发射响应。该功能性测试方法提供的一个优点是消除了接触被测试的每个可寻址LED装置的高针数探针卡和探针。当使用这样的探针卡时，每个LED装置使用一个或多个针探针被接触，该针探针通过尖锐金属针的压力和横向运动在接触区域上实现电接触。这种工艺几乎总是会产生接触垫划痕，该划痕会降低LED装置的产量和可靠性。使用具有数百甚至数千个探针的探针卡的测试可靠性、制造以及维护成本也令人关注。本专利技术的一个关键优点是消除探针卡划痕或标记，提高LED装置的产量和可靠性，以及避免使用昂贵且易于发生故障的高针数探针卡。该功能性测试方法提供的另一个优点是，由于消除了直接电接触，所以能够在LED制造工艺中进行功能性测试。LED装置的洁净室兼容、无划痕的工艺中测试是由于常规测试方法所使用的高密度粒子产生针卡的必要性而难以或不切实际地执行的能力。该功能性测试方法提供的其他优点是其对小型和大型LED装置两者的普遍适用性以及对大型衬底的可扩展性。场板是与面积成比例地施加电容的结构，并且因此，具有更大面积的更大LED装置以更大的有效电容被激发，而诸如微型LED装置的小LED装置被相应更小的电容激发。因此，可以通过对设备的少量修改来测试一侧上的毫米尺寸的大型LED到一侧上小到10μm或更小的微型LED。使用较大场板或使用具有较小场板的步进/重复方法的衬底可扩展性是实用的并且易于实现。对于最高吞吐量，在大型场板上以阵列布置的多个相机的并行处理将能够在功能上测试具有少至两个电触点并且在一些实施例中没有电触点的支撑衬底上的所有LED装置。避免在衬底上接触可能从数千至数千万数量的每个单独的LED装置是本专利技术的关键优点。将本专利技术中描述的方法描述为电容电流注入(C2I)功能性测试。附图说明图1示出了LED结构的简化横截面。图2示出了在LED批量生产工艺中包含LED装置结构的LED支撑衬底。图3A至图3B示出了LED支撑衬底的俯视图(A)和横截面图(B)，其中，单个LED装置被街道(street)隔离。图4示出了具有非单个LED装置结构的LED支撑衬底，其中，顶部接触层具有足够高的薄片电阻(sheetresistance)，以允许在存在相邻短路时进行电流注入功能性测试。图5A示出了靠近包含支撑衬底上的4个LED装置的LED装置层的一部分的场板的实施例。图5B示出了图5A的实施例的对应等效电路。图6A示出了主电容电流注入(C2I)测量序列：电流注入/测量(I)、保持(II)、放电/复位(III)阶段。图6B示出了由图6A的电容电流注入(C2I)测量序列注入的相应LED电流。图7A至图7B示出了场本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于观察来自发光装置结构的发光的设备，所述发光装置结构设置在支撑衬底上，所述支撑衬底具有能够从表面接近的第一接触层和包括在所述发光装置结构上的第二接触层，所述发光装置结构选自垂直发光装置结构或横向发光装置结构，所述设备包括：/n场板装置，所述场板装置具有第一面和与所述第一面相对的第二面，所述第二面包括导电层和上覆的介电层，所述介电层位于紧邻所述发光装置结构的第一接触层的至少一部分；/n电压源，用于产生电压，所述电压源能够生成时变电压波形，所述电压源具有第一端子和第二端子，所述第一端子具有耦接到所述场板装置的所述导电层的第一电位，所述第二端子处于第二电位，所述电压源能够向所述发光装置结构注入电容耦合电流，以使所述发光装置结构的至少一部分以一模式发射电磁辐射；以及/n检测器装置，耦接到所述发光装置结构，以形成源自所述发光装置结构的以所述模式的所述电磁辐射的图像。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170123 US 62/449,5541.一种用于观察来自发光装置结构的发光的设备，所述发光装置结构设置在支撑衬底上，所述支撑衬底具有能够从表面接近的第一接触层和包括在所述发光装置结构上的第二接触层，所述发光装置结构选自垂直发光装置结构或横向发光装置结构，所述设备包括：
场板装置，所述场板装置具有第一面和与所述第一面相对的第二面，所述第二面包括导电层和上覆的介电层，所述介电层位于紧邻所述发光装置结构的第一接触层的至少一部分；
电压源，用于产生电压，所述电压源能够生成时变电压波形，所述电压源具有第一端子和第二端子，所述第一端子具有耦接到所述场板装置的所述导电层的第一电位，所述第二端子处于第二电位，所述电压源能够向所述发光装置结构注入电容耦合电流，以使所述发光装置结构的至少一部分以一模式发射电磁辐射；以及
检测器装置，耦接到所述发光装置结构，以形成源自所述发光装置结构的以所述模式的所述电磁辐射的图像。


2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二端子电耦接到所述支撑衬底的背面，所述第二电位处于接地电位或相对于接地电位处于负电位或正电位以产生所述时变电压波形。


3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一端子电连接到所述场板装置的所述导电层，并且处于接地电位或相对于所述接地电位处于负电位或正电位以产生所述第一电位。


4.根据权利要求1所述的设备，其中，包括所述介电层的所述场板装置的所述第二面位于所述第一接触层的部分上并与所述部分接触。


5.根据权利要求1所述的设备，其中，包括所述介电层的所述场板装置的所述第二面被定位为紧邻所述第一接触层的所述部分，以在所述第二面和所述第一接触层的所述部分之间形成空间间隙。


6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述横向发光装置结构包括所述第一接触层和所述第二接触层，所述第一接触层和所述第二接触层在所述横向发光装置结构的至少一个面上能够被电接触。


7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述图像源自发光二极管结构的发射表面的光输出，所述发光二极管结构的发射表面的光输出是由施加电容耦合的时变电压波形产生的。


8.根据权利要求3所述的设备，其中，所述导电层被图形化，并且包括在所述第一接触层附近的第一部分和在所述第二接触层附近的第二部分，所述第一部分与所述第二部分在电分离和物理上分离，所述第一部分连接到所述电压源的所述第一端子，并且所述第二部分连接到另一电压源或接地电位。


9.根据权利要求3所述的设备，其中，所述导电层包括在所述第一接触层附近的第一部分并且在所述第二接触层附近不存在导电层。


10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述垂直发光装置结构包括所述第一接触层和位于所述发光装置结构下方的所述第二接触层。


11.根据权利要求1所述的设备，还包括耦接到所述检测器装置以用于聚焦设置在所述检测器装置上的电磁辐射的透镜。


12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述检测器装置包括对所述电磁辐射成像以根据所述支撑衬底的所述发光装置结构上方的位置产生所述电磁辐射的能观察的模式图。


13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述检测器装置包括相机；并且所述设备还包括使用电触点或使用电容耦合耦接到所述发光装置结构的所述第二接触层的电接入。


14.根据权利要求1所述的设备，其中，所述时变电压波形是从第一电压电位到第二电压电位的电压斜升，以在测量阶段期间以选定的电流密度正向偏置所述发光装置结构。


15.根据权利要求13所述的设备，其中，所述相机将所述电磁辐射在所述时变电压波形上积分，以产生在所述发光装置结构上产生的总电磁辐射的空间图。


16.根据权利要求15所述的设备，其中，使用图像处理装置处理积分的电磁辐射的空间图，以执行以下功能中的一个或多个：信号平均、阈值化以及装箱以得到所述发光装置结构的空间相关功能性测试结果。


17.根据权利要求1所述的设备，其中，使用材料去除工艺隔离所述发光装置结构的所述第一接触层，以实现多个能单独寻址的发光装置。


18.根据权利要求1所述的设备，其中，使用材料去除工艺隔离所述发光装置结构的所述第一接触层和所述第二接触层，以实现多个能单独寻址的发光装置。


19.根据权利要求14所述的设备，其中，所述测量阶段之后的所述时变电压波形在被称为复位阶段的时间段内从所述第二电压电位返回到所述第一电压电位，所述第一电压电位被选择以使用发光装置反向偏置泄漏电流密度并避免超过潜在的破坏性反向偏置电压。


20.根据权利要求13所述的设备，其中，所述相机是多个相机中的一个相机，每个相机被定位为对所述发光装置结构的单独区域成像。


21.根据权利要求13所述的设备，其中，所述相机和较小的场板装置是能够对较小的测试区域成像并以步进和重复的方式机械索引以实现更完整的测试覆盖的组件。


22.根据权利要求1所述的设备，其中，所述场板装置与所述支撑衬底的面积尺寸大致相同，并且被放置在所述支撑衬底上，以允许对所述支撑衬底进行大致完整的功能性测试，而无需对所述场板装置进行步进和重复索引。


23.根据权利要求1所述的设备，其中，使用靠近所述场板周边的密封件将所述场板放置在紧邻所述支撑衬底的位置，并使用真空端口从空隙中抽空空气。


24.根据权利要求1所述的设备，其中，所述场板和支撑衬底装置之间的紧邻是实际接触。


25.根据权利要求1所述的设备，其中，所述场板装置和支撑衬底装置之间的紧邻的特征在于，包括气体、真空、液体或固体中的一种或多种的小间隙，所述小间隙不大于要由所述发光二极管结构形成的LED装置的横向距离的5倍。


26.一种制造光学装置的方法，所述方...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰乔斯·J·亨利，
申请(专利权)人：特索罗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US