专利名称：一种led内量子效率的测量装置的制作方法
技术领域：
一种LED内量子效率的测量装置
技术领域：
本实用新型涉及量子效率测量领域，具体涉及一种LED内量子效率的测量装置。背景技术：
提高光效 是LED产业发展的热点之一，选择高内量子效率的LED材料是制造高光效LED灯具的第一步。测量LED材料与LED的内量子效率可以用光致发光法也可以用电致发光法，二者基本等效。用光致发光法测量LED内量子效率的原理简述如下当能量大于禁带宽度的光子注入有源层时，会产生自由的空穴电子对。空穴与电子对辐射复合释放能量， 发出光子。但并不是所有的空穴电子(载流子)对复合都能产生光子，空穴电子对辐射复合产生光子的效率称为内量子效率。内量子效率是LED的固有特性，材料的不同，内量子效率也不同。同一种材料的LED，不同的温度下内量子效率也不相同。高温(相对于低温而言)下的LED，由于多声子过程(晶格振动)吸收能量以及俄歇效应(复合释放的能量被另外的载流子吸收从而跃迁到更高的能态)，产生非辐射复合，使得辐射复合的效率降低。在低温情况下(如100K或更低)，晶格振动和俄歇效应大幅度减弱，非辐射复合被抑制。此时内量子效率近似达到100%。由于内量子效率对温度有依赖性，我们可以采用相对的方法来测量得到LED在高温的内量子效率
T]IQE = —.................................... (1)
"(LT)其中，nIQE为内量子效率，P(HT)为LED在高温下的输出功率，P(LT)为LED在低温下的输出功率。目前常用的测量装置为采用较短波长的激光器作为激发光源，采用物镜或棱镜或者积分球收集出射光，分别测量高低温两种条件下的LED的出光功率，二者相比得到相对的内量子效率。其中，采用物镜或棱镜收集出射光收集的仅仅是某个立体角范围的光通量，而且对于装置的机械稳定性和光束对准要求很高，由于光束收集的缺陷可能会给最终测量带来较大误差。而用积分球作为收集装置的测试系统，其常用的制冷方法是向积分球内吹入氮气来获得低温，此方法所获得的低温一方面稳定性不高，另一方面积分球内容易出现明显的冷热不均现象。此外更为重要的是，由于测量过程中会经历比较大的温差变化， 测量仪器或其他辅助设备的光学性能本身受温度变化的影响也会发生较大变化，从而引起较大测量值的改变。现有技术并不能将高低温条件下由测量设备带来的读数变化和实际的 LED内量子效率变化区分开来。

实用新型内容针对上述技术的不足，本实用新型旨在提供一种既可避免收集损失带来的误差， 又能稳定的获得低温，同时可以校正由于温度差异过大所引起的仪器测量误差的LED内量子效率测试系统。[0007]为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案一种LED内量子效率的测量装置，包括激发光束、装载被测LED的样品槽、光收集器和测光仪，其特征在于，还包括温控单元，光输出稳定的参考光束，所述的样品槽设置在光收集器的壁面开口上，样品槽的温度由温控单元控制，激发光束从光收集器的入光口进入光收集器并照射到样品槽内的被测LED上，参考光束通过入光口或设在光收集器上的其他入光口照射在光收集器的内壁上，在光收集器的壁面上设置探测窗口，测光仪 的取样端口安装在探测窗口上。在本实用新型中，采用密闭性好的测光积分球作为光收集器，收集从LED发出的 2π立体角范围内的光信号。积分球是光辐射测量领域中比较好的光收集器，具有稳定度高，方向依赖性小，无需对准，收集损失小等优点。在本实用新型中设置光输出稳定的参考光束照射在积分球内壁的涂层上，由于在高温和低温下，参考光束的光输出不会发生变化， 因此，如果在高温和低温条件下，测光仪的读数发生变化了，一定是由于测量装置本身的状态在高低温环境下发生了变化而引起的。基于这一原理，比较高低温两种条件下，测光仪测量参考光束的读数，计算校准因子，可校准温差所引起的测量仪器状态变化带来的误差。本实用新型可通过以下技术方案对进一步限定和完善上述LED内量子效率的测量装置，在光收集器的入光口前的光路上，设置可通过角度或位置的变化来切换激发光束或参考光束分别进入光收集器的可调反射镜，可调反射镜的角度或位置由反射镜调节器调节，如果激发光束或者参考光束在同一水平面上，可通过调节反射镜的角度将激发光束或者参考光束分别导入光收集器，如果激发光束与参考光束不在同一水平面上，可通过调节反射镜的位置与角度将激发光束或者参考光束分别导入光收集器(如

图1所示)。或者，在上述的光收集器的入光口前的光路上设置具有选择性透过功能的滤光片，所述的滤光片透射激发光束而反射参考光束，或所述的滤光片透射参考光束而反射激发光束。(如图2所示)。或者，上述的激发光束与参考光束直接导入光学收集装置(如图3所示)。上述LED内量子效率的测量装置，温控单元中设温控腔，所述的光收集器以及样品槽都置于温控单元的温控腔体中。温控单元对整个腔体空间精确控温，使得光收集器能稳定均勻的获得低温。上述LED内量子效率的测量装置，激发光束由调谐激光器产生，可根据不同的LED 设置不同频率的激发光，所设置的激发光频率高于LED本身的发光频率。且激发光束被扩束器扩束，扩束后使得激发光束强度分布更均勻，增大了激发面积。上述LED内量子效率的测量装置，激发光束以大于5°的入射角斜入射到被测LED 上，这样的设置避免了从样品反射的激光返回到激发装置，保证了激发装置的稳定性。上述LED内量子效率的测量装置，所述的光收集器是内壁具有均勻漫反射材料的积分球。上述LED内量子效率的测量装置，温控单元通过液氮或液氦制冷，液氮温度为 77. 36K，液氦温度为4. 2K(标准大气压下)。上述LED内量子效率的测量装置，激发光束的调谐激光器、参考光束发射器，测光仪，反射镜调节器以及温控单元都与控制单元电连接，由控制单元对以上各部分进行控制。[0020]上述的激发装置激发光 束强度可调，可根据需要设置不同的激发光束强度。上述的测光仪是光谱辐射计或者辐射度计。当测光仪是光谱辐射计时，能够测量出LED发射的光谱功率分布和参考光束的光谱功率分布，所测量的参数比较齐全。而当测光仪是辐射度计或光度计时只能测量一定波段内的平均光输出量。在高温条件下，用激发光束照射位于积分球壁面上的被测LED，测量记录取样端口位于积分球壁面的测光仪对被测LED的发射光的响应，记为Ρ_(ΗΤ)，将一束稳定的参考光束导入同一积分球，测量记录同一测光仪对参考光束的响应，记为ΡΚ(ΗΤ)；在低温条件下，用激发光束照射被测LED并测量记录同一测光仪对被测LED的发射光的响应，记为Ρ·ατ)，将相同的参考光束导入同一积分球，并测量记录同一测光仪对参考光束的响应，记为 rR(LT) 5比较低温和高温两种条件下，测光仪对参考光束的响应，计算温度校准因子
权利要求1.一种LED内量子效率的测量装置，包括激发光束(1)、装载被测LED(2)的样品槽 (3)、光收集器(4)和测光仪(5)，其特征在于，还包括温控单元(6)，光输出稳定的参考光束 (7)，所述的样品槽(3)设置在光收集器⑷的壁面开口上，样品槽(3)的温度由温控单元(2)控制，激发光束⑴从光收集器⑷的入光口⑶进入光收集器⑷并照射到样品槽(3)内的被测LED(2)上，参考光束(7)通过入光口(8)或设在光收集器(4)上的其他入光口照射在光收集器(4)的内壁上；在光收集器(4)的壁面上设置探测窗口(9)，测光仪(5) 的取样端口安装在探测窗口(9)上。
2.如权利要求1所述的LED内量子效率的测量装置，其特征在于，在光收集器(4)的入光口(8)前的光路上，设置可通过角度或位置的变化来切换激发光束(1)或参考光束(7) 分别进入光收集器(4)的可调反射镜(10)，可调反射镜(10)的角度或位置由反射镜调节器 (11)调节。
3.如权利要求1所述的LED内量子效率的测量装置，其特征在于，在光收集器(4)的入光口(8)前的光路上设置具有选择性透过功能的滤光片(12)，所述的滤光片(12)透射激发光束(1)而反射参考光束(7)，或所述的滤光片(12)透射参考光束(7)而反射激发光束 ⑴。
4.如权利要求1或2或3所述的LED内量子效率的测量装置，其特征在于，温控单元 (6)中设有温控腔，所述的光收集器(3)以及样品槽(10)都置于温控单元(6)的温控腔体中。
5.如权利要求1或2或3所述的LED内量子效率的测量装置，其特征在于，激发光束 (1)由可调谐激光器(13)产生，并且被扩束器(14)扩束。
6.如权利要求1或2或3所述的LED内量子效率的测量装置，其特征在于，所述的激发光束(1)以大于5度的入射角斜入射到被测LED上(2)。
7.如权利要求1所述的LED内量子效率的测量装置，其特征在于，所述的光收集器(4) 是内壁具有均勻漫反射内表面的积分球。
专利摘要一种LED内量子效率的测量装置，包含激发光束、参考光束、光收集器、测光仪和温控单元。温控单元对光收集器与LED控温，激发光束激发LED发光，光输出稳定的参考光束投射在光学收集器的内壁上，光学收集器收集参考光束和LED发射光，测光仪的取样接口设置在光学收集器壁面上。分别测出高温与低温条件下LED发射光功率和参考光束输出功率即可得出LED的内量子效率。本装置适合测量各种类型的外延材料及LED芯片和LED器件。
文档编号G01M11/04GK202101838SQ20112000771
公开日2012年1月4日 申请日期2011年1月10日 优先权日2011年1月10日
发明者潘建根 申请人:杭州远方光电信息股份有限公司