一种发光二极管量子效率测量装置及其测量方法

摘要

一种发光二极管量子效率测量装置及其测量方法，涉及发光二极管。装置设有计算机、数字电源表、温度控制源表、温控夹具、光谱仪和红外热像仪。测量方法：采用发光二极管量子效率测量装置；由温度控制源表设定一组温度值T，设定的一组温度值至少包含5个不同的温度值T；按温度值和电流值测量得到不同温控夹具温度值T

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管，尤其是涉及一种发光二极管量子效率测量装置及其测量方法。

背景技术

在过去的几年里，发光二极管(LED)技术得到了快速发展，广泛应用于背光源、交通信号灯及通用照明等领域([1]Z.Q.Liu,T.B.Wei,E.Q.Guo,X.Y.Yi,L.C.Wang,J.X.Wang,G.H.Wang,Y.Shi,I.Ferguson and J.M.Li,Appl.Phys.Lett.99,091104(2011)；[2]M.E.Raypah,B.K.Sodipo,M.Devarajan,and F.Sulaiman,IEEE Trans.Electron Devices,63,2790-2795,(2016))。由于半导体器件，特别是功率半导体器件工作时，会产生大量的热，致使发光二极管PN结处的温度升高，PN结温度上升会引起发光二极管发光效率下降。准确测量出发光二极管器件恒温工作时的量子效率，一方面可以分析器件的材料质量和器件的内部结构，另一方面也是实际应用设计中一个重要的参数。目前测量恒温下半导体量子效率的方法主要使用脉冲法。该法必须使用脉宽短的方波脉冲，但仍就不能完全杜绝发光二极管工作时温度上升，而且由于使用脉冲电源，发光二极管发出的是闪烁光，闪烁光的采集难度大。

发明内容

本发明的目的在于提供可消除发光二极管热效应影响、测量装置简单、操作方便的一种发光二极管量子效率测量装置及其测量方法。

所述发光二极管量子效率测量装置设有计算机、数字电源表、温度控制源表、温控夹具、光谱仪和红外热像仪；所述温控夹具夹持待测发光二极管，数字电源表电源两极连接待测发光二极管，数字电源表与计算机电连接，计算机与温度控制源表电连接，温度控制源表所配套的温度传感器和加热板均安装于温控夹具上，光谱仪与计算机电连接，红外热像仪与计算机电连接。

所述发光二极管量子效率测量方法包括以下步骤：

1)采用发光二极管量子效率测量装置；

2)由温度控制源表设定一组温度值T，设定的一组温度值至少包含5个不同的温度值T，所述温度值低于待测发光二极管的失效温度，同时由数字电源表设定电流值I，所述电流值I低于待测发光二极管的失效电流；

3)按所设定的一组温度值和所设定的电流值，分别测量得到不同温控夹具温度值T_S下的发光二极管的一组量子效率η；

4)通过步骤3)所测得的一组量子效率η，先画出不同电流值I条件下量子效率η与温度T的关系图，然后通过下述公式(1)进行直线拟合：

η＝λ₁(I)-λ₂(I)*T(1)

得到一组与电流值I对应的λ₁(I)和λ₂(I)系数；

5)控制温控夹具的温度不变，使数字电源表的输出电流从零开始逐渐增大，红外热像仪测量并记录发光二极管的温度T(I)，测量的电流不超过发光二极管的失效电流，再通过下述公式(2)进行拟合：

T(I)＝A+B*I(2)

6)保持温控夹具的温度不变，使数字电源表的输出电流从零开始逐渐增大，光谱仪测量并记录发光二极管的受热影响的量子效率η，测量的电流不超过发光二极管的失效电流；

7)通过公式(3)获得消除热影响情况下的量子效率(η′)：

η′＝η+B*∫λ₂(I)dI.(3)。

与现有技术比较，本发明的有益效果如下：

计算机通过事先安排的指令温度控制源表的输出信号，通过温控夹具改变发光二极管的结温；计算机控制数字电源表给发光二极管施加电流；红外热像仪和光谱仪测试结果反馈给计算机保存以便后期处理。通过间接方法，可以测量出发光二极管消除热影响之后的量子效率，避免了脉冲电流工作状态下发光二极管测试时自带的热效应影响；发光二极管的量子效率与结温之间存在良好线性关系。

附图说明

图1为本发明实施例搭建的发光二极管量子效率测量装置及使用示意图。

图2为本发明实施例发光二极管量子效率测量量子效率与温度变化关系图。在图2中只展示部分电流的结果，横坐标为开尔文温度，纵坐标为量子效率。

图3为本发明实施例发光二极管的温度-电流关系曲线图。在图3中，温控夹具温度值设置在300K；横坐标为电流，纵坐标为开尔文温度。

图4为本发明实施例发光二极管在室温下受热影响的量子效率与电流关系曲线，和去除热影响的量子效率与电流关系曲线。在图4中，横坐标为电流，纵坐标为量子效率。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本实施例所述测量方法，包括以下步骤：

1)量子效率测量装置搭建

如图1所示，量子效率测量装置设有计算机1、数字电源表2、温度控制源表3、温控夹具4、光谱仪6和红外热像仪7；

温控夹具4夹持待测发光二极管5，数字电源表2电源两极接待测发光二极管5，数字电源表2与计算机1电连接，计算机1与温度控制源表3电连接，温度控制源表3所配套的温度传感器31和加热板32均安装于温控夹具4上，光谱仪6与计算机1电连接，红外热像仪7与计算机1电连接；

2)由温度控制源表3设定一组温度值T，设定的一组温度值300K、305K、310K、315K、320K、325K和330K，这些温度值低于待测发光二极管5的失效温度，同时由数字电源表2设定电流值1mA，测量得到不同温度值下的发光二极管的所对应的一组量子效率值；

3)通过步骤2)所测得的一组量子效率值，先画出量子效率与温度的关系图，然后通过下述公式(1)进行直线拟合：

η＝λ₁(I)-λ₂(I)*T(1)

得到一组与电流值(I)对应的λ₁(I)和λ₂(I)系数；

4)逐渐增大电流值，重复步骤2)和3)，获得不同电流下不同温度值所对应的量子效率值，以及一系列与电流值(I)对应的λ₁(I)和λ₂(I)系数，如图2所示；

5)控制温控夹具4的温度不变，使数字电源表2的输出电流从零开始逐渐增大至300mA，红外热像仪7测量并记录发光二极管5的温度T(I)，如图3所示。测量的电流不超过发光二极管5的失效电流，再通过下述公式(2)进行拟合：

T(I)＝A+B*I(2)获得A、B系数值。

6)保持温控夹具4的温度不变，使数字电源表2的输出电流从零开始逐渐增大，光谱仪6测量并记录发光二极管5的受热影响的量子效率η，测量的电流不超过发光二极管5的失效电流。

7)通过公式(3)可以获得消除热影响情况下的量子效率(η′)：

η′＝η+B*∫λ₂(I)dI.(3)。

图4是发光二极管受热影响和排除热影响的量子效率与电流关系曲线。由图4可看出，受发光二极管热影响，量子效率相对较低。消除热影响之后量子效率会有所提高。

本实施例所述测量方法能够消除发光二极管热效应影响，获得发光二极管无热效应的量子效率。