ICS 77.040.99 H21 GB 中华人民共和国国家标准 GB/T30655—2014 氮化物LED外延片内量子效率测试方法 Test methods for internal quantum efficiency of nitride LED epitaxial layers 2014-12-31发布 2015-09-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 发布 中国国家标准化管理委员会 GB/T30655—2014 前言 本标准按照GB/T1.1一2009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。 本标准要起草人：魏学成、赵丽、干军喜、曾一平、李晋闽 I GB/T30655—2014 氮化物LED外延片内量子效率测试方法 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/T6379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。 3.1 辐射复合radiativerecombination 电子从高能态到低能态的跃迁过程中，电子和空穴复合时会释放一定的能量，如果能量以光子的形 式释放，这种复合称为辐射复合。 3.2 非辐射复合 nonradiative recombination 电子从高能态到低能态的跃迁过程中，电子和空穴复合时会释放一定的能量，以除光子辐射之外的 其他方式释放能量的复合称为非辐射复合。 3.3 光提取效率 extraction efficiency 发光二极管单位时间内发出的光子数与有源区内辐射复合产生的光子数之间的比值。 3.4 外量子效率 external quantum efficiency 单位时间内注入的载流子数对外发出的光子数与注人载流子数之间的比值。 3.5 内量子效率internalquantumefficiency 在一定的注人条件下，单位时间内辐射复合产生的光子数与单位时间内注人的复合载流子总数之 间的比值。 3.6 注入效率injection efficiency 在一定注入条件下单位时间内注人有源区中产生复合的载流子数与注入载流子总数之间的比值。 3.7 激子exciton 由库仑相互作用束缚在一起的电子空穴对。 1 GB/T30655—2014 3.8 电致发光 electroluminescence 材料通过电注入产生发光的一种物理现象。 3.9 光致发光 photoluminescence 材料通过光激励产生发光的一种物理现象。 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。 TEQE：外量子效率。 TQE：内量子效率。 Textraction：光提取效率。 NTiriection：注人效率。 T radiative：辐射复合效率。 7nontadiative：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： 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； 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）。 R =AN+BN?+CN3+f(N) .(1) 式中： R 载流子速率； N 载流子浓度； A 非辐射复合系数； B 辐射复合系数； c 俄歇复合系数； f(N) 高阶系数 在本方法中f（N）可以忽略，而C的数量级为10-34，数值较小，同样可以忽略 BN? T radiative= .(2) AN+BN? 2 GB/T30655—2014 IpL(RT) Tradiative ·(3) 7IQE Inonradiative+radiative IpL(LT) 式中： RT——室温; LT——低温。 测试方法采用变温光致发光光谱系统，如图1所示，其中包括激光器、单色仪、探测器、冷台、致冷机 以及数据采集系统等。首先通过激光激发样品后，产生的荧光用单色仪分光，然后用探测器收集信号， 通过数据采集系统获得PL光谱，然后对室温和低温下（20K以下）的PL光谱采用专用软件计算积分 强度，计算其比值得出所测样品的内量子效率。 致冷机 致冷机 冷头 温控仪 0000 LED样品 SAG 激光器 透镜 单色仪 图1 PL测试系统示意图 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)J. 光注入下载流子产生速率按式（4)计算： Plaser(1-R)[1-exp(-αd)] Plaser(1-R)α Aspot hvd Aspot ·hy ..(4) 式中： G 载流子产生速率； R 菲涅尔反射系数； 吸收系数； α Aspot 激光光斑面积； d 多量子阱厚度； hv 激发光光子能量。 I pL 由GooP..设I=n.BN?,n为PL收集系数,N n.B 3