LED外延测试仪器的原理与应用

时间：2026-01-17

LED外延测试仪器的原理与应用,测试仪器包括1.光致发光(PL)2.电致发光(EL)3.X射线衍射仪(XRD)4.霍尔测量仪(HALL)5.二次粒子质谱仪(SIMS)

LED外延测试仪器的原理与应用EPI_3工艺工程师李锐 2011年9月13日

LED外延测试仪器的原理与应用,测试仪器包括1.光致发光(PL)2.电致发光(EL)3.X射线衍射仪(XRD)4.霍尔测量仪(HALL)5.二次粒子质谱仪(SIMS)

目录一、光致发光(PL)二、电致发光(EL)三、X射线衍射仪(XRD)四、霍尔测量仪(Hall)五、二次粒子质谱仪(SIMS)

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一、光致发光(PL:Photoluminescence)

用光激发发光体引起的发光现象。它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段。光的吸收及发射都发生于能级之间的跃迁，都经过激发态。 PL是一种运用外来光源照射待测样品，使之发出荧光的一种非破坏性检测技术。经由能量高于样品能隙的外来光源激发，使得原本在价带的电子，有机会跃迁到更高能阶；因此，在原本的价带便留下一个空穴，而形成电子 -空穴对。这组电子 -空穴对，如果以辐射耦合的方式结合，就可以放出一个光子。当然，也有可能是以热能或其它能量的方式放出。对于因辐射耦合而放出的光，因其是由外来光源的激发所形成的，所以通常称之为“光致荧光”

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原理当激发光源照射在待测样品上，利用入射光子能量大于半导体材料的能隙，将电子由价带(valence band)激发到导带(conduction band)。而在非常短的时间之内，大部分的高阶电子(空穴)会释放声子或其它过程，蜕化到导带(价带)的最低能阶，之后再藉由电子空穴对再结合 (electron-hole pair recombination)而放出荧光。

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过程

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PL量测原理

将用于激发的激光束聚焦后照射光电材料外延片表面，这时在照射点处将出现光致发光现象。从照射点处发出的荧光经光谱仪后被线阵CCD探测器收集，经数据转换后被计算机所记录，这样就可以得到照射点处光致荧光的光谱。通过扫描方式对样品表面进行逐点测量后，再经过计算机进行谱线成像处理就可以得到样品表面的光谱和光强等信号的分布图。整个测量过程由计算机控制并显示测量结果。所有测量数据可以离线显示和进行数据处理。

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PL谱仪测外延片厚度原理当一束白光垂直入射到一定厚度的薄膜上时，假设薄膜的折射率大于衬底的折射率，设空气、薄膜、衬底的折射率为n0、n1、n2,则 n0<n1>n2,当光入射薄膜之间时，一部分光发生反射强度为I01,一部分发生折射透过界面射入介质中，当传输到衬底表面时又有一部分发生反射为I12,一部分发生折射透过衬底射出去；其中的I12又会在薄膜上表明面发生反射和透射，透射出去的部分为I120,则I01与I120会在薄膜表面发生干涉，两束光的光程差公式为：ΔL=2n1h-1/2λ,其中光在1~2界面发生反射时产生了半波损失，所以公式中有个1/2λ,另外其实n是波长的函数不是定值。干涉强度的极大(亮纹)和极小(暗纹)分别位于以下地方：

ΔL=2n1h-1/2λ=Kλ (极大)ΔL=2n1h-1/2λ=Kλ+1/2λ (极小) H=(2k+1)λ/4n1 (极大) H=(k+1)λ/2n1 (极小)

由上式可以求出膜厚

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PL谱仪测外延片厚度原理

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光子的波长为：λ=hc/(Eh-El)式中：发出光子的波长，h普朗克常数，c光速，Eh电子在高能级时的能量，El电子在低能级时的能量。

软件界面图 PL PL软件界面图

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光谱中的重要技术参数

发光强度峰值波长WLP 主波长WLD 半峰宽FWHM

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二、电致发光 Electroluminescence