半导体器件 第5-11部分：光电子器件 发光二极管 辐射和非辐射电流的测试方法 征求意见稿

4GB/T15651.11-XXXX—IECIEC60747-5-11:2019发光二极管辐射和非辐射电流的测试方法1范围本文件规定了辐射电流和非辐射电流的测试方法，适用于单个发光二极管（LED）芯片或不含荧光粉的封装器件。本文件不适用于白光照明用LED。本文件采用内量子效率(IQE)作为电流的函数，其测量方法在其它文件中论述。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。IEC60747-5-6:2016半导体器件第5-6部分：光电子器件发光二极管（Semiconductordevices–Part5-6:Optoelectronicdevices–Lightemittingdiodes）3术语、定义和缩略语3.1术语和定义内量子效率internalquantumefficiency"IQE单位时间内有源区产生的光子数与有源区所注入的电子数之比。IFq݅ݒeIFq其中：Φe,active—有源区产生的辐射功率 ℎv—平均光子能量IF—正向电流q—电量（元电荷）5GB/T15651.11-XXXX—IECIEC60747-5-11:2019辐射电流radiativecurrentIrad在LED辐射复合过程中消耗的电流。非辐射电流nonradiativecurrentInonrad在LED非辐射过程中消耗的电流。IF=Irad+Inonrad利用辐射电流和非辐射电流，IQE可以重新表示为：݀ηIQE==IFIrad+Inonrad利用上述关系，辐射电流和非辐射电流可以表示为：Inonrad=IFarQE−ηIQE）IFLED在辐射过程中消耗的电功率（Prad）可以表示为：Prad=IradvF=ηIQEIFVF=ηIQEP其中P是LED消耗的总电功率：P=IFVFLED在非辐射过程中消耗的电功率（Pnonrad）可以表示为:Pnonrad=InonradvF=（1−ηIQE）IFvF=1−ηIQEP功率效率(ηPE）表示LED消耗的电功率中有多少转化为辐射功率(Φe）。Φe=ηPEP已知P=Prad/和ηPE=ηVE∙ηLEE∙ηIQE，ηIQE所以Φe=Prad=Prad=ηVE∙ηLEE∙Prad或者：Prad=ηVE∙ηLEE6GB/T15651.11-XXXX—IECIEC60747-5-11:20193.2缩略语LED发光二极管IQE内量子效率4测试方法4.1基本要求4.1.1测试条件除非另有规定，测试应在环境温度（Ta）为（25±3）℃的无对流风环境条件下进行。b）相对湿度除非另有规定，相对湿度应为45%～85%。c）注意事项在某些情况下，被测LED在测试过程中产生的热量会导致测试结果随时间发生变化，因此需要规定测试时间，或者应在达到热平衡后再进行测试。在测试仪器精度范围内，当施加两次功率后的测试结果没有明显变化时，可以视为达到了热平衡。4.1.2测试仪器和设备测试仪器和设备应按照IEC60747-5-6:2016中6.1.2规定的条件。4.2辐射电流（I퐫a܌)测试测试给定正向电流下的辐射电流。4.2.2测试步骤测试步骤如下：a）在给定的正向电流（IF）下，测试IQEIQE）和正向电压（VF）。b）通过IQE和正向电流相乘来计算辐射电流，公式如下：测试给定正向电流下的非辐射电流。7GB/T15651.11-XXXX—IECIEC60747-5-11:20194.3.2测试步骤测试步骤如下：采用以下公式计算非辐射电流：Inonrad=IF−Irad4.4测试顺序图1总结了给定正向电流下辐射电流和非辐射电流的测试顺序。附录A给出了一个测试范例。附录B的参考资料给出了辐射电流和非辐射电流分量。图1辐射电流和非辐射电流分量测试5测试报告测试报告应包含的项目见表A.1。8GB/T15651.11-XXXX—IECIEC60747-5-11:2019附录A(资料性附录)测试范例步骤0：测试环境说明——样品：在蓝宝石衬底上生长的InGaN/GaNMQWLED倒装芯片；——芯片尺寸：800m×800m；——峰值波长：450nm（T=295K）；——相对湿度：50%RH;——电流驱动条件：脉冲电流驱动条件（脉冲周期：1ms，占空比：1%）——辐射功率测量仪器：Si光电二极管；——电参数测量设备：Keithley半导体参数分析仪；——最大驱动电流：Imax=300mA；——数据点总数：N=65。步骤1：获取IQE和正向电压组成的N个数据点，与正向电流形成函数关系曲线，如图A.1所示。图A.1辐射电流和非辐射电流分量测试步骤2：将IQE与正向电流相乘计算得到辐射电流，公式如下：Irad="IQEIF采用本方法得到的辐射电流如图A.2所示。9GB/T15651.11-XXXX—IECIEC60747-5-11:2019图A.2辐射电流、正向电压与正向电流的关系曲线图A.3非辐射电流、正向电压与正向电流的关系曲线辐射电流、非辐射电流和电压的关系如图A.4所示。图A.4总正向电流、辐射电流、非射电流与正向电压的关系曲线表A.1测试报告一览表项目单位数值备注LED制造商 公司名称样品名称 样品名称芯片尺寸um×um封装类型-例如：SMDGB/T15651.11-XXXX—IECIEC60747-5-11:2019峰值波长Nm最大额定电流（I）mA数据点数N 脉冲间隔ms占空比%测试仪器类型 例如：Si发光二极管工作温度K相对湿度%RH工作电流mA工作电流下的IQE%工作电流下的辐射电流mA工作电流下的非射电流mA附录B(规范性附录)背景资料pn结二极管的电流电压（I−v）关系特性可以用典型的肖克利方程式描述，方程式如下：其中：I是二极管电流，I0是反向饱和电流，q是电量，vJ是施加在结上的电压，T是绝对温度，nideal因子代表二极管不同的复合过程。Si二极管的nideal在12之间变化，这取决于主要的复合过程是直接复合还是有缺陷的间接复合（SRH）。在LED中，复合过程可分为辐射复合和非辐射复合。通过分离各个过程消耗的电流，可以得到辐射）可能会产生额外的非辐射电流。考虑到对于辐射电流Irad和非辐射电流Inonrad，其中，Irad,0和Inonrad,0表示各电流的反向饱和电流。Inonrad,leak表示在活动区域外流动的漏电流。必须注意的是，分别代表复合电流的Irad和Inonrad的理想因子nideal,RiIr合机制的重要信息。通过有关辐射和非辐射电流的信息，人们还可以获得辐射和非辐射复合所消耗的电功率等信息。辐射复合所消耗的电功率由下式给出：prad=IradvF其中：VF是正向电压。GB/T15651.11-XXXX—IECIEC60747-5-11:2019另一方面，非辐射复合的电功率由下式给出：pnonrad=InonradvF非辐射复合的电功率转化为热量。参考文献[1]IEC60747-5-8：2019半导体器件第5-8部分：光电器件