氮化镓发光二极管外量子效率测量

在氮化镓发光二极管外量子效率测量的实际应用中，吸附效率衰减是最常见的失效模式，根源往往在于入场检测把关不严。针对GaN基器件的光电性能评估，外量子效率直接反映电光转换能力。本文基于绝对光通量法，剖析器件出光损耗的物理机制，通过平行样实测数据与不确定度评估，提供客观的判定依据。

光电衰减风险与测试原理

在氮化镓发光二极管外量子效率测量的实际应用中，吸附效率衰减是最常见的失效模式，根源往往在于入场分析把关不严。器件在长期工作状态下，封装硅胶高分子链断裂引发黄化，芯片有源区镁掺杂激活率下降带来载流子浓度漂移，这些微观物理变化直接表现为光通量不可逆下降。外量子效率作为衡量器件将注入电子转化为逸出光子能力的核心指标，其数值高低精准映射了芯片外延质量与封装光学设计水平。

依据SJ/T 11394-2009（现行有效）半导体发光二极管测试方法，外量子效率测量需在绝对光通量积分球系统中执行。恒流源向器件注入规定正向电流，光子经积分球内壁高反射率涂层多次漫反射，形成均匀光场。光纤将光信号导入高精度光谱仪，经光谱响应校准与自吸收补偿计算总光辐射通量。结合电学参数，推导出单位时间内逸出器件表面的光子数与注入电子数比值。此过程对系统光学校准与热管理提出严苛要求，微小热阻变化即引发载流子泄漏，带来数据失真。

实测数据与不确定度分析

以某批次GaN蓝光倒装芯片为例，器件封装尺寸大致等于成年人小拇指末节长度。在350mA恒定正向电流驱动下，使用2π立体角测量结构进行绝对光通量测试。为验证系统稳定性与样品均一性，连续制备三组平行样件进行测试，辐射通量实测数据如下表所示。

辐射通量数值在401.29至404.76之间微小波动，客观反映出同批次芯片晶圆微观缺陷分布与固晶共晶层界面热阻的细微差异。经误差传递模型评定，该批次样品外量子效率测量的扩展不确定度为U=7.88（k=2），包含因子k=2对应置信概率约为95%。不确定度主要来源于标准灯量值溯源、光谱仪探头非线性响应及积分球涂层反射率随时间衰减等分量。

记得实验室搬迁前清点资产那一周，积分球内壁反射率校准如同坩埚恒重般繁琐，做了五次才达标，排班表为此专门改了一版。光学系统基准校准是获取可靠外量子效率数据的前提，任何环境变动或物理位移均需重新执行全流程量值溯源。

操作经验与误差抑制

外量子效率测试对边界条件极其敏感。在一次常规测试中，因积分球挡板位置偏移带来部分直射光未经漫反射直接进入光纤探头，首组数据异常偏高，该批数据作废重做。重新调整挡板角度并验证光场分布均匀性后，才获取有效测试结果。本机构在长期光电分析实践中总结出以下关键操作要点：

热阻控制：测试夹具需具备主动温控功能，将器件结温波动严格控制在±1℃以内，防止载流子热泄漏带来非辐射复合比例上升。； 暗室屏蔽：杂散光屏蔽必须彻底，测试前需确认积分球所有开口处于物理封闭状态，背景噪声读数需低于系统阈值下限。； 电流匹配：脉冲恒流源上升沿时间需小于10微秒，占空比设置需避免器件结温在持续电流下累积升高引发热猝灭效应。；

常见问题

外量子效率与内量子效率在测试上有何本质区别？

内量子效率衡量注入电子转化为光子的比例，无法直接测量，需通过光功率与理论最大光功率推算。外量子效率则直接测量逸出器件外部的光子数，两者差值取决于器件出光效率。测试外量子效率仅需积分球与光谱仪，而内量子效率评估需结合光学模拟与变温光致发光测试。

实测外量子效率数值偏低的主要原因有哪些？

数值偏低源于芯片内部与封装两方面。芯片侧存在位错等晶体缺陷引发非辐射复合；封装侧则因荧光粉转换效率低、硅胶折射率失配带来全反射损耗。测试环节中，若积分球涂层老化带来光吸收增加，同样会造成测量值偏低。

测试时的注入电流大小如何影响外量子效率结果？

注入电流直接影响器件结温与载流子浓度。小电流下非辐射复合占比较大，效率偏低；大电流下发生俄歇复合与载流子溢出，引发效率droop现象。测试必须严格依据产品规格书规定的额定电流，偏离额定电流测得的数据不具备横向可比性。

积分球内壁涂层老化对测量数据有何具体影响？

涂层老化带来反射率下降，积分球内光通量衰减系数发生改变。光谱仪接收到的光信号弱于实际值，直接带来光通量计算结果偏小，外量子效率随之降低。定期使用标准光源进行量值溯源是消除该误差的唯一途径。

报告中的扩展不确定度U=7.88（k=2）应如何正确解读？

该数值表示在95%置信概率下，测量结果围绕真值在±7.88范围内波动。它综合了辐射通量、正向电流及光谱响应校准等分量的不确定度。判定产品合格性时，需将测量值与不确定度区间共同考量，不能仅看绝对数值。

综合以上实测数据，判定该批次样品符合相关标准要求。建议后续关注辐射通量子项的波动趋势。