蓝色发光二极管(led)动态特性研究

WITEC显微镜系列的模块化设计有助于将时间相关的单光子计数模块与Alpha300或Alpha500共聚焦显微镜系列集成。这使得能够执行各种空间和时间分辨的测量，包括电和光致发光衰减成像和荧光寿命成像。本文讨论了蓝色LED的空间分辨μ电辐射发光（μel）分析。

空间和时间分辨的电和光致发光

空间分辨的电发光和光发光测量(µEL和µPL)是表征光电器件的标准方法。这些技术用于在开发阶段提高光电器件的性能，并在过程控制期间保持其质量。此外，它们在寿命和失效分析中是至关重要的。

µEL和µPL通过显微镜物镜测定其发光衰减的光谱和空间分辨。然而，发光是由一µEL中的偏置电压激发，而不是由一µPL中的激光器激发。最终的(高光谱)数据集由光谱和空间信息组成，可以用许多不同的方式进行研究。

此外，超光谱数据集将通过外部参数的变化进一步扩展。在短光或电激励之后测量发光衰减有助于光电器件的动态特性的分析。

测量设置和样品

图1说明了涉及的μel测量设置alpha300显微镜配备了时间相关的单光子计数(TCSPC)模块，用于时间分辨测量。采用脉冲发生器(HP 8082A)产生短电脉冲来激发LED发射。使用高数值孔径(NA)物镜(60x, NA= 0.7)收集LED发出的光。

图1所示。基于ALPHA300的微电致发光设置用于时间分辨发光测量。

将物镜生成的图像投影到多模光纤上(25µm直径，NA=0.12)。光纤从LED的单个点(直径0.42µm，几乎衍射受限)采集光，并将光定向到一个配有单光子计数检测器和BI-CCD相机的光谱仪上。使用压电扫描台对与检测纤维有关的样品进行扫描。

利用CCD探测器获取每个样品位置的全发光光谱，利用单光子计数APD测量选定光谱位置的时间分辨发光衰减。为了实现这一点，APD (MPD PDM1CTC)的NIM输出被连接到时间到数字转换器(TDC)扩展板AlphaControl显微镜控制器．这个扩展板量化了激发脉冲和发光光子到达APD之间的持续时间。这些到达时间的直方图提供了发光衰减曲线。

该装置用于分析基于InGaN iii - v化合物半导体的商用蓝/绿LED。图2是一个低倍率下的蓝色LED的显微镜图像，清晰地显示了发射光谱的不均匀分布。

图2。蓝色ingan LED的视频图象。

Micro-Electroluminescence测量

可以在更高分辨率下用μel测量量化发射光谱的变化。在每个光谱中，在每个光谱中，不均匀的展会是显而易见的，这实际上是来自样品的小区域的局部光谱。因此，使用高斯曲线装配发射光谱（图3）。图3A示出了图4中所示的图像扫描的平均光谱以及高斯拟合曲线，图3B显示图4中所示的单频谱图像扫描以及高斯配合曲线。

图3。发射光谱的高斯曲线拟合。

两个搭接垫之间的区域如图4所示。对光谱进行了高斯曲线拟合，给出了各光谱的光谱宽度、光谱位置和光谱强度。图4a为强度，图4b为光谱中心，图4c为光谱宽度。

图4。μel在LED上的两个键合焊盘之间的区域处测量。

时间分辨发射光谱(总面积)

使用TDC扩展板使得能够在各种波长下测量发射的时间衰减。图5分别在2.756ev，2.611ev和2.480ev的光子发射能量下显示三种不同的时间谱。由于镓和铟的不均匀分布，这些时间光谱远非单指数。

图5。450nm <=> 2.756eV(红色)，475nm <=> 2.611eV(绿色)和500nm <=> 2.480eV(蓝色)的时间光谱

高能量的电子和空穴可能与发光有关的方向复合，它们也可以由于富铟团簇而松弛成较低的能态。由于这些弛豫通道的衰减时间和总体是不同的，时间衰减看起来像一个拉伸的指数函数。通过计算发射时间谱的半最大全宽度(FWHM)可以得到平均弛豫时间。图6描绘了弛豫时间与光子发射能量的关系图，显示了在发射光谱的最大值处，弛豫时间的下降幅度最大。

图6。弛豫时间(红色)和强度(蓝色)与光子能量。

时间分辨发射光谱(本地)

弛豫时间除了是光子能量的函数外，也有局部的变化。同样的装置可以用于收集固定波长的空间分辨时间光谱，而不是发射光谱。这些时间谱被用来计算局部松弛时间的地图。图7a、7b和7c分别描绘了光子发射能量为2.756eV (450nm)、2.611eV (475nm)和2.480eV (500nm)时的弛豫时间的空间变化。

图7。光子发射能量分别为2.756eV (450nm)、2.611eV (475nm)和2.480eV (500nm)时的空间弛豫时间。

这种差异的原因是多层。铟浓度的差异形成了电子和孔的潜在景观。载流子的扩散受到大而扁平的潜在山谷的限制，从而影响由于周围载体流入该谷的局部弛豫时间。横向量子限制与潜在的山谷的MQW一起产生，这些谷在比约10-50nm的深层和微小，其中电子和孔被捕获。该本地化过程显着改善了直接电子 - 空穴重组的寿命。

信号通过设备传播

发射的时间衰减的起点也在空间内变化。对于与背面接触的键合焊盘具有更大距离的区域，发光发射被延迟。该效果显示为图8中的轮廓图。图9中示出了相应的时间谱。红色和黄色区域的时间和空间距离有助于计算电脉冲的大约150km / s的传播速度。

图8。时间开始发光发射。

图9。图8中彩色区域的平均时间光谱

结论

结果清楚地证明了WITEC显微镜系列配备了时间相关的单光子计数模块，以执行led的时间分辨光致发光研究。

该信息已从WITec公司提供的材料中获取、审查和修改。欧洲杯足球竞彩

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