半导体发光元件的温度特性检查装置和温度特性检查方法

摘要

一种半导体发光元件的温度特性检查装置和温度特性检查方法。温度特性检查装置包括电流施加/电压测定装置和测定对象的半导体发光元件。电流施加/电压测定装置包括电流施加部、电压检测部。电流施加/电压测定装置例如是芯片探针，将探针对准晶圆状态的半导体发光元件的电极来进行电流施加、电压测定。使用所测定的正向电压值和光输出值，例如通过外部的运算部、判定部来进行半导体发光元件的温度特性的好坏判定。由此，能够提供一种不增加芯片面积、能够以低成本实现的温度特性检查装置和温度特性检查方法。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体发光元件的温度特性检查装置和温度特性检查方法， 尤其涉及对半导体发光元件持续施加正向电流并测定半导体发光元件的正向 电压，从而检查温度特性的装置和方法。

背景技术

近年来，为了实现光的三原色即红、绿、蓝，期待蓝色发光二极管(Light  emmiting diode：LED)(以下，也称作蓝色LED)的出现。在1990年代发明 了氮化物类的蓝色LED，使用LED的产品的市场从信号扩大到液晶监视器的 背光、以及液晶电视机的背光、家用的各种照明。安装了LED背光的液晶电 视机出现价格区间合适的机种，并且迅速普及。

半导体发光二极管在呼吁节省源、节能的当今，从资源、能量的节约的 观点来看，也对开发更高效率的发光二极管抱有很大期待。

进而，为了得到高效率的蓝色LED，在作为半导体发光元件(例如，蓝 色LED)的制造工序之一的工序即检查工序中，实施高温温度特性检查工序， 在高温温度特性检查工序中，使被检查半导体发光元件上升到最大工作保证 温度附近来实验其电气特性。此时，作为将被检查半导体发光元件维持在高 温的方法，通过将被检查半导体发光装置置于恒温槽内，将周围温度上升到 规定温度为止，从而将被检查半导体发光元件保持在高温。

但是，虽然上述使用的恒温槽能够容易进行温度控制，但反过来，存在 设备花费的费用增高的缺点。而且，存在为了提升温度而耗时的缺点。

因此，提出一种不使用恒温槽而使用半导体发光元件的自发热来进行高 温特性检查的方法。

例如，(日本)特开平8-101250号公报所公开的技术中提出了如下的方 法：通过使具有输出晶体管的半导体元件本身发热而成为高温，从而不使用 恒温槽而进行高温特性检查，其中该输出晶体管的输出端子为开集(オ一プ ンコレクタ)，并且该输出晶体管包括接地端子和电源供给端子之间的寄生二 极管。

此外，(日本)特开平9-128996号公报所公开的技术中提出了如下的方 法：在互补半导体元件中，通过将时钟输入端子设为不定，从而流过贯通电 流，由此使其自身发热，通过设置在互补半导体元件的表面的温度传感器来 观测互补半导体元件的表面温度，若达到规定的温度，则对时钟输入端子输 入通常高温检查中使用的时钟，并进行高温特性检查。

但是，在特开平8-101250号公报所公开的高温特性检查方法中，需要另 外设置具有输出端子为开集且包括接地端子和电源供给端子之间的寄生二极 管的输出晶体管的、用于使自身发热的发热元件，会引起芯片面积的增大。

此外，在特开平9-128996号公报所公开的高温特性检查方法中，限定为 互补半导体元件，无法应用于互补半导体元件以外。而且，该检查方法中， 由于通过温度传感器测定实验器件的表面温度，因此虽然不需要恒温槽等过 热部件，但需要温度传感器和测量控制装置，检查装置的结构变得复杂。此 外，为了达到高温而在内部流过贯通电流从而使自身发热，因此与使用恒温 槽等加热部件的情况不同，达到规定的温度为止费时。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在半导体发光元件的高温特性检查中不增大 芯片面积且能够以低成本实现的半导体发光元件的高温特性检查方法。此外， 目的在于提供一种不需要温度传感器和恒温槽等装置而在短时间内实现高温 特性检查的方法。

本发明主要包括：电流施加部，对半导体发光元件施加正向电流；电压 检测部，通过电流施加部对半导体发光元件连续施加正向电流，并检测第一 正向电压和在第一正向电压之后的时刻的第二正向电压；以及判定部，基于 第一正向电压和第二正向电压判定半导体发光元件的好坏。

优选在正向电流被连续施加到半导体发光元件，并且第二正向电压和在 第二正向电压之后的时刻的第三正向电压在规定的阈值范围内时，判定部判 定半导体发光元件为良品。

优选由电压检测部检测出的第二正向电压和第三正向电压是在电流施加 部开始施加半导体发光元件后30.0msec到200.0msec之间检测出的正向电压。

优选在第一正向电压和第二正向电压的电压之差在预定的基准电压差的 范围内时，判定部判定半导体发光元件为良品。

本发明在另一方面包括：电流施加部，对半导体发光元件施加正向电流； 光输出/波长检测部，通过电流施加部对半导体发光元件连续施加正向电流， 并检测第一光输出/波长和在第一光输出之后的时刻的第二光输出/波长；电压 检测部，检测第一正向电压和在第一正向电压之后的时刻的第二正向电压； 基于第一光输出/波长和第二光输出/波长来判定半导体发光元件的好坏的判 定部；以及基于第一正向电压和第二正向电压来判定半导体发光元件的好坏 的判定部。

优选在第一光输出和第二光输出之差在预定的基准光输出值之差的范围 内时，判定部判定半导体发光元件为良品。

优选在第一光输出和第二光输出、以及由第一正向电压和第二正向电压 求出的光输出值之差在预定的基准光输出值之差的范围内时，判定部判定半 导体发光元件为良品。

进而优选温度特性检查装置还包括波长检测部，用于检测光输出检测部 的输出波形的波长，在第一波长和第二波长之差的值在预定的基准波长之差 的范围内时，判定部判定半导体发光元件为良品，第一波长是对应于第一光 输出的波长检测部的输出，第二波长是对应于第二光输出的波长检测部的输 出。

本发明在另一方面包括：对半导体发光元件施加正向电流的步骤；对半 导体发光元件连续施加正向电流，并检测第一正向电压和在第一正向电压之 后的时刻的第二正向电压的步骤；以及基于第一正向电压和第二正向电压判 定半导体发光元件为良品的步骤。

优选在判定的步骤中，在正向电流被连续施加到半导体发光元件，并且 第二正向电压和在第二正向电压之后的时刻的第三正向电压在规定的阈值范 围内时，判定半导体发光元件为良品。

本发明在另一方面包括：对半导体发光元件施加正向电流的步骤；对半 导体发光元件连续施加正向电流，并检测第一正向电压和在第一正向电压之 后的时刻的第二正向电压的步骤；对半导体发光元件连续施加正向电流，并 检测第一光输出和在第一光输出之后的时刻的第二光输出的步骤；以及基于 第一光输出和第二光输出判定半导体发光元件为良品的步骤。

从而，本发明的主要优点在于不使用使半导体发光元件的温度上升的其 他热源而能够在短时间内检查半导体发光元件的高温特性。

此外，本发明的其他优点在于由于能够在封装封闭之前检查高温特性， 因此能够通过在封装封闭之前进行好坏判定，从而降低制造成本。

此外，本发明的其他优点在于在作为半导体发光元件的制造工序之一的 工序的特性检查工序中，对于排列在薄片上的半导体发光元件，不必使测定 台的温度上升而能够在短时间内进行高温特性检查。

本发明的上述和其他目的、特征、方面和优点根据与附图关联理解的本 发明相关的下面的详细说明而变得清楚。

附图说明

图1是半导体发光元件的温度特性检查装置10的方框图。

图2是表示由电流施加/电压测定装置施加的电流的图。

图3是表示实施方式1中的温度特性检查的测定时序的图。

图4是表示通过上述方法在两种标准试料的25℃、80℃下的半导体发光 元件的光输出值Po和正电流值IF的关系的图。

图5是表示良品/次品的正向电压的电位差Vfa的测定结果的图。

图6是半导体发光元件的温度特性检查装置10A的方框图。

图7是表示实施方式2中的温度特性检查的测定时序的图。

图8是表示良品/次品的正向电压的电位差Vfa的测定结果其他例子的 图。

图9是表示良品/次品的正向电压的光输出的变化量Poa的测定结果的 图。

具体实施方式

参照附图说明本发明的实施方式。另外，以下所参照的附图中，对于同 一或与其相当的部件附加相同的号码。

[实施方式1]

图1是半导体发光元件的温度特性检查装置10的方框图。参照图1，温 度特性检查装置10包括电流施加/电压测定装置1和测定对象的半导体发光 元件2。电流施加/电压测定装置1包括电流施加部11、电压检测部12。电流 施加/电压测定装置1例如是芯片探针，将探针对准晶圆状态的半导体发光元 件2的电极来进行电流施加、电压测定。使用所测定的正向电压值和光输出 值，例如通过外部的运算部3、判定部4来进行半导体发光元件2的温度特 性的好坏判定。

这里，运算部3、判定部4可以包含在电流施加/电压测定装置1的内部， 也可以将其中一个包含在内部。此外，运算部3也可以将从电压检测部输出 的电压波形原样输入到判定部4中。此外，也可以在运算部3中计算所希望 的物理量，并且将其结果输入到判定部4。例如，也可以对检测出的电压波 形进行微分，生成微分波形，并将该微分波形输入到判定部4，判定半导体 发光元件2的好坏。

图2是表示由电流施加/电压测定装置施加的电流的图。参照图2，纵轴 表示施加电流值，横轴表示时间。施加电流在一定时间之前，可以将一定的 电流持续施加到半导体发光元件2。

此外，不限于如图2这样的施加一定电流的测定时序，也可以使用如图 3这样的测定时序测定正向电压和光输出。

图3是表示温度特性检查的测定时序的图。参照图3，在该测定时序中， 最初，在经过电流施加时间1msec后，测定60mA通电时的光输出值Po_A (测定1A)。接着，在经过电流施加时间1msec后，测定1mA通电时的正向 电压Vf_A(测定2A)。进而，在经过电流施加时间50msec后，与测定1A 同样测定光输出值Po_B(测定3A)。并与其后的测定2A同样地测定正向电 压Vf_B(测定4A)。另外，测定4A中的正向电压Vf_B由于是在从测定3A 起十分短的时间内测定的，因此可以近似为经过电流施加时间50msec后的正 向电压值。

在该时序测定中，同时测定Po值和Vf值。如果改变时间来测定，则从 Vf值的变化量(ΔVf)估计温度变化(上升温度)。在与其他芯片比较时上 升温度的偏差通过使上升温度相同来消除，从而测定光输出值的温度特性。

作为在利用通过对LED芯片连续施加电流而引起的结温Tj上升来测定 温度特性时应注意的是，由于LED芯片具有的内部电阻的偏差，即使通电相 同时间，结温Tj的上升值ΔTj也会偏差。为了使ΔTj为一定值来测定温度特 性(为了消除偏差)，使用施加电流1mA通电时的Vf值的变化量ΔVf。一般 来说，LED芯片的Vf是依赖于结温Tj的参数，该特性在施加电流值微小的 区域(例如1mA)中为直线，因此通过测定Vf从而估计结温Tj。该结温Tj 如式(1)所示。

Tj＝Ta+ΔVf/m...(1)

这里，温度Ta表示周围温度，ΔVf表示电压差，常数m表示温度系数。 另外，已知常数m在施加电流微小的区域(例如1mA)中约为2。

在进行实际的温度特性检查之前，需要得到作为指标的标准试料的测定 结果。其测定方法是通过树脂将半导体发光元件固定到银镀层茎(銀コ一ト ステム)上，并进行了引线接合的结构设置在加热台上，使温度上升到所希 望的温度(25℃、80℃)，等到半导体元件和加热台成为热平衡状态为止，从 而进行特性测定的方法。

图4是表示通过上述方法在两种标准试料的25℃、80℃下的半导体发光 元件的光输出值Po和正电流值IF的关系的图。

参照图4，波形A1是光输出值Po不依赖于正电流值IF和温度而取大致 一定值的波形。即，是温度特性好的半导体发光元件的波形。

另一方面，波形A2是依赖于正电流值IF、温度，并且光输出值Po随着 正电流值IF增大而大幅减少的波形。即，是特性差的半导体发光元件的波形。 可以挑选对应于波形A1的特性好的元件(以下也称作良品)和对应于波形 A2的差的元件(以下也称作次品)。

图5是表示良品/次品的正向电压的电位差Vfa的测定结果的图。对于该 良品和次品，在电流施加/电压测定装置1中，持续施加如图2所示的一定电 流的施加电流值30[mA]。在进行施加时，对良品和次品测定正向电压Vf。 作为此时测定的定时，取t＝1.0、10.0、20.0、30.0、50.0、80.0、100.0、200.0 (msec)，对于良品和次品分别测定正向电压。

参照图5，假设良品的上述测定定时的时刻t＝1.0msec和任意的时刻t时 的正向电压Vf(t)，则波形B1是表示其电位差Vfa(＝Vf(1.0)-Vf(t))的 波形。另一方面，波形B2也同样是表示次品的正向电压的电位差Vfa(＝Vf (1.0)-Vf(t))的波形。

波形B1(良品的情况)和B2(次品的情况)在时刻t＝30.0(msec)以 前，在电位差Vfa上几乎没有差别。但是，在时刻t＝30.0(msec)以后，电 位差Vfa的大小变化。具体地说，在波形B1(良品的情况)中，即使增加电 流施加时间，在某一定时间后，电位差Vfa也取一定值。另一方面，波形B2 (次品的情况)中，由于电流施加时间增加，电位差Vfa进一步增高(波形 B2下降)。

利用该性质，作为半导体发光元件的温度特性的检查方法，在各个测定 时间的电位差Vfa为某一阈值范围内时，判定为良品，可以进行好坏检查。 例如，波形B1中的时刻t＝50.0msec以后的电位差Vfa大致相等，另一方面， 在波形B2的情况下，电位差Vfa不相等。此时，将波形B1的测定试料判定 为良品。

进而，作为半导体发光元件的温度特性检查的判定方法，根据预定的电 位差Vfa的大小(基准值)，在小于该基准值的情况下，定义为良品，可以进 行好坏检查。例如图5所示，将电位差Vfr＝-0.035[V]设定为基准值，测定的 结果，在实际的电位差Vfa是低于基准值的电位差的情况下，也可以判定为 良品。例如，图5的波形B1受到良品的判定。

此外，在实际的温度特性检查中，也可以利用作为测定定时在对半导体 发光元件2开始施加电流后30.0～200.0(msec)为止的某一点的时间测定的 正向电压Vf，判断半导体发光元件的好坏。

当然，在作为测定定时在时刻t＝30.0(msec)以下进行了检查的情况下， 电位差Vfa低，容易成为检查装置的误差，缺乏好坏检查的有效性。此外， 在将测定定时设为时刻t＝200.0(msec)以上进行了检查的情况下，好坏检查 耗时，不能在短时间内进行检查。

[实施方式2]

图6是半导体发光元件的温度特性检查装置10A的方框图。参照图6， 温度特性检查装置10A包含电流施加/电压测定/光输出测定装置1A和测定对 象的半导体发光元件2。电流施加/电压测定/光输出测定装置1A包括电流施 加部11、电压检测部12、光输出检测部13、波长检测部14。即，温度特性 检查装置10A在实施方式1的温度特性检查装置10的结构中还包括光输出 检测部13、波长检测部14。由波长检测部14测定光输出检测部13输出的光 输出的波长。电流施加/电压测定/光输出测定装置1A例如是芯片探针，将探 针对准晶圆状态的半导体发光元件2的电极来进行电流施加、电压测定、光 输出测定。使用所测定的正向电压值和光输出值，例如通过外部的运算部3、 判定部4来进行半导体发光元件2的温度特性的好坏判定。

这里，运算部3、判定部4可以包含在电流施加/电压测定/光输出测定装 置1A的内部，也可以将其中一个包含在内部。此外，运算部3也可以将从 电压检测部输出的电压波形原样输入到判定部4中。此外，也可以在运算部 3中计算所希望的物理量，并且将其结果输入到判定部4。例如，也可以对检 测出的电压波形进行微分，生成微分波形，并将该微分波形输入到判定部4， 判定半导体发光元件2的好坏。例如，也可以使用检测出的电压值和光输出 值算出功率效率，并将该功率效率输出到判定部4，判定半导体发光元件2 的好坏。

进而，也可以将由波长检测部14测定的发光(光输出)波长与上述判定 结果组合，判定精度更高的半导体发光元件2的好坏。这是采用了发光波长 的偏移量。由此，可以在短时间内提高温度特性检查的精度。不限于此，考 虑噪声等的影响，在该偏移量在规定范围内的情况下，也可以不作为次品而 判断为良品。

图7是表示实施方式2的温度特性检查的测定时序的图。参照图7，与 实施方式1中的测定时序(以下称作测定时序1)进行比较来说明该测定时 序(以下称作测定时序2)。测定时序2的测定1B、3B中的施加电流值从对 应的测定序列1的测定1A、3A中的施加电流值60mA变更为30mA。

具体来说，在经过最初的电流施加时间1msec后，测定30mA通电时的 光输出值Po_A(测定1B)。接着，在经过电流施加时间1msec后，测定1mA 通电时的正向电压Vf_A(测定2B)。进而，在经过电流施加时间50msec后， 与测定1B同样测定光输出值Po_B(测定3B)。并与其后的测定2B同样地 测定正向电压Vf_B(测定4B)。另外，测定4B中的正向电压Vf_B由于是 在从测定3B起十分短的时间内测定的，因此可以近似为经过电流施加时间 50msec后的正向电压值。

图8是表示良品/次品的正向电压的电位差Vfa的测定结果的其他例子的 图。图9是表示良品/次品的正向电压的光输出的变化量Poa的测定结果的图。 对于该良品和次品，在电流施加/电压测定/光输出测定装置1A中，在图7所 示的测定时序对良品和次品分别测定正向电压和光输出。

参照图8，假设良品的上述测定定时的时刻t＝1.0msec和时刻t＝50.0msec 时的正向电压Vf(t)，则波形C1是表示其电位差Vfa(＝Vf(1.0)-Vf(t)) 的波形。另一方面，波形C2也同样是表示次品的正向电压的电位差Vfa(＝Vf (1.0)-Vf(t))的波形。

接着，参照图9，假设良品的上述测定定时的时刻t＝1.0msec和时刻 t＝50.0msec时的光输出Po(t)，则波形D1是表示其变化量Poa(＝Po(1.0) -Po(t))的波形。另一方面，波形D2也同样是表示次品的光输出的变化量 Poa(＝Po(1.0)-Po(t))的波形。

这里，再次通过图8为了使施加电流引起的温度上升相同，取良品和次 品的Vfa相同(在图8中，例如设为Vfa＝-0.03)的时间(msec)T1和T2。

接着，再次通过图9，通过比较良品和次品的时间T1和T2时的光输出 的变化量Poa1和Poa2，从而能够进行使通过施加电流引起的温度上升相同 的温度特性检查。

从而，如图9所示，将光输出的变化量Poa＝-3.0[mW]设定为基准值Por， 在测定的结果，实际的光输出的变化量Poa低于基准值的情况下，也可以判 定为良品。例如，图8的波形D1受到良品的判定。

如上所述，根据实施方式1、2，可以在短时间内检查半导体发光元件的 高温特性而不使用使半导体发光元件的温度上升的其他热源。

利用该性质，作为半导体发光元件的温度特性的检查方法，在各测定时 间的光输出的变化量Poa在某一阈值的范围内时，可以判定为良品，并进行 好坏检查。例如，在将光输出的变化量Poa的阈值的范围设定为-2mW～-4mW 时，在时刻T2中也可以将波形D2的测定试料判定为良品。

此外，根据本发明，由于能够在封装封闭之前检查高温特性，因此能够 通过在封装封闭之前进行好坏判定，从而降低制造成本。

此外，根据本发明，在作为半导体发光元件的制造工序之一的工序的特 性检查工序中，对于排列在薄片上的半导体发光元件，不必使测定台温度上 升而能够在短时间内进行高温特性检查。

已经详细地说明并例示了本发明，但应该明确地理解，这仅仅用于例示， 不是用来限定，发明的范围由权利要求范围解释。