半導(dǎo)體器件 第5-8部分：光電子器件 發(fā)光二極管 光電效率測(cè)試方法 征求意見(jiàn)稿

1GB/T15651.8-XXXX—IEC60747-5-8:2019半導(dǎo)體器件第5-8部分：光電子器件發(fā)光二極管光電效率測(cè)試方法GB/T15651的本部分規(guī)定了單個(gè)發(fā)光二極管（LED）芯片或不含熒光粉的LED封裝的各種效率的術(shù)語(yǔ)和測(cè)試方法。用于照明應(yīng)用的白光LED不在GB/T15651的本部分范圍之內(nèi)。本部分定義的效率測(cè)試方法包括功率效率（PE），外量子效率（EQE），電壓效率（VE）以及光提取效率（LEE）。為了測(cè)量光提取效率（LEE），使用內(nèi)量子效率（IQE）的測(cè)量數(shù)據(jù)，其測(cè)試方法在GB/T15651其它部分中規(guī)定，本部分僅給出注入效率（IE）和輻射效率（RE）的定義。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T15651.6-2023半導(dǎo)體器件第5-6部分：光電子器件發(fā)光二極管3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1通用術(shù)語(yǔ)和定義輻射功率radiantpowerΦe以輻射的形式發(fā)射、傳播或接收的功率。光譜分布spectraldistribution在波長(zhǎng)λ處，包含λ的波長(zhǎng)間隔dλ內(nèi)的輻射功率dΦe與該波長(zhǎng)間隔之商。e,λ=dλφe,λ=dλ2GB/T15651.8-XXXX—IEC60747-5-8:2019在公式中，X由Φe替代；注1已更新，注2已刪除。]平均光子能量meanphotonenergyhv每個(gè)光子攜帶的平均能量。其中：h為普朗克常數(shù)；c為真空中的光速。3.2與效率測(cè)量有關(guān)的術(shù)語(yǔ)和定義3.2.1功率效率powerefficiency輻射功率Φe（耦合到自由空間）與LED所消耗的電功率之比，其中VF為L(zhǎng)ED的正向電壓，IF為L(zhǎng)ED的正向電流。ηPE=注：功率效率也稱為“墻上插頭效率”。當(dāng)任何輔助設(shè)備耗散的功率從電功率中排除時(shí)，功率效率與“輻射效率”3.2.2電壓效率voltageefficiencyLED發(fā)出的平均光子能量與由LED正向電壓VF提供產(chǎn)生的電能之比。hvηVE=qVF其中：q為基本參數(shù)。3.2.3外量子效率externalquantumefficiency3GB/T15651.8-XXXX—IEC60747-5-8:2019單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射到自由空間中的光子數(shù)與單位時(shí)間內(nèi)注入到LED中的電子數(shù)之比。IFqφeIFq"EQE=3.2.4內(nèi)量子效率internalquantumefficiency每單位時(shí)間從有源區(qū)發(fā)射的光子數(shù)與每單位時(shí)間注入LED的電子數(shù)之比。IFqφIFq"IQE=其中：Φe,active為從有源區(qū)發(fā)射的輻射功率。3.2.5光提取效率lightextractionefficiency釋放到自由空間中的光子數(shù)量與從有源區(qū)域發(fā)射的光子數(shù)量之比。 φ"LEE=φe,active3.2.6注入效率injectionefficiency每單位時(shí)間注入到有源區(qū)中的電子數(shù)與每單位時(shí)間注入到LED中的電子數(shù)之比。"IE=其中：IF,active為注入有源區(qū)部分的正向電流。3.2.7輻射效率radiativeefficiency<LED有源區(qū)的數(shù)量>每單位時(shí)間從有源區(qū)發(fā)射的光子數(shù)與每單位時(shí)間注入到有源區(qū)中的電子數(shù)之比。φ"RE=,IF"RE=,4GB/T15651.8-XXXX—IEC60747-5-8:2019PEVEEQEn=nPEVEEQE=nVE.nLEE.nIQEVELEEIERE=n.nVELEEIEREnEQEnLEEnIQEnIQE=nIE.nREnPE=hvφeIF,activeφe,activehv=IFactiveq,,qVFφeactive=IFactiveq,,4測(cè)試方法4.1基本要求a)溫度除非另有規(guī)定，測(cè)量應(yīng)在正常大氣條件下（25±3）°C的環(huán)境溫度（Ta）下進(jìn)行。b)濕度除非另有規(guī)定，相對(duì)濕度應(yīng)在45％RH至85％RH之間。c)其它條件在某些情況下，隨著測(cè)試LED的時(shí)間推移產(chǎn)生的熱量造成測(cè)量值變化。在這種情況下，有必要確定測(cè)量時(shí)間，否則應(yīng)在達(dá)到熱平衡后測(cè)量。如果加電和測(cè)量的時(shí)間加倍后，測(cè)量?jī)x器在精度范圍內(nèi)指示結(jié)果沒(méi)有發(fā)生變化，則可以認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到熱平衡。4.1.2測(cè)試儀器和裝置測(cè)量?jī)x器和裝置應(yīng)與GB/T15651.6-2023的6.1.2相同。4.2功率效率(ηPE）測(cè)量測(cè)量在額定正向電流狀態(tài)下的LED功率效率。4.2.2測(cè)量步驟按以下步驟進(jìn)行測(cè)量：5GB/T15651.8-XXXX—IEC60747-5-8:2019a)測(cè)量額定正向電流（IF）下的輻射功率(Φe）和正向電壓（VFb)通過(guò)計(jì)算輻射功率（耦合到自由空間）Φe與輸入電功率VFIF之比來(lái)計(jì)算功率效率，即："PE=注1：GB/T15651.6-2023的6.2中給出了在額定正向電流下測(cè)注2：GB/T15651.6-2023的6.11中給出了在額定電流下測(cè)量4.3外量子效率(ηEQE）測(cè)量測(cè)量在額定正向電流狀態(tài)下的LED外量子效率。4.3.2測(cè)量步驟按以下步驟進(jìn)行測(cè)量：a）測(cè)量額定正向電流（IF）下的輻射功率(Φeb)測(cè)量發(fā)射光譜分布(Φe,λ);通過(guò)公式（1）計(jì)算平均光子能量（hv∫φe,λdλc)通過(guò)獲取單位時(shí)間內(nèi)向自由空間發(fā)射的光子數(shù)與單位時(shí)間內(nèi)注入∫φe,λdλc)通過(guò)獲取單位時(shí)間內(nèi)向自由空間發(fā)射的光子數(shù)與單位時(shí)間內(nèi)注入LED的電子數(shù)之比來(lái)計(jì)算外部量子效率，即：φehv"EQE=IFIFq注2：GB/T15651.6-2023的6.15中給出了在額定電流下測(cè)量4.4電壓效率(ηEQE）測(cè)量測(cè)量在額定正向電流狀態(tài)下的LED電壓效率。4.4.2測(cè)量步驟按以下步驟進(jìn)行測(cè)量：通過(guò)計(jì)算功率效率與外量子效率的比值來(lái)計(jì)算電壓效率，即："VE= "PE"EQE6GB/T15651.8-XXXX—IEC60747-5-8:20194.5內(nèi)量子效率(ηIQE）測(cè)量?jī)?nèi)量子效率的測(cè)量方法正在制定中。4.6光提取效率(ηLEE）測(cè)量測(cè)量在額定正向電流狀態(tài)下的LED光提取效率。4.6.2測(cè)量步驟按以下步驟進(jìn)行測(cè)量：通過(guò)計(jì)算外量子效率與內(nèi)量子效率的比值來(lái)計(jì)算光提取效率，即："VE="PE"EQE4.7測(cè)量順序圖1總結(jié)了在額定正向電流狀態(tài)下LED各種效率的測(cè)量順序。附錄A中給出了一個(gè)測(cè)試范例。測(cè)量功率效率測(cè)量外量子效率計(jì)算電壓效率 測(cè)量?jī)?nèi)量子效率 計(jì)算光提取效率"PE=φehvIq"EQE=Iq"VE=IEC60747-5-9IEC60747-5-10"LEE=圖1效率測(cè)量的順序7GB/T15651.8-XXXX—IEC60747-5-8:20195測(cè)試報(bào)告測(cè)試報(bào)告應(yīng)包括表A.1中所示的項(xiàng)目。8GB/T15651.8-XXXX—IEC60747-5-8:2019（資料性附錄）測(cè)試范例步驟0：測(cè)試環(huán)境規(guī)格-樣品：在c面藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的橫向電極型InGaN/GaNMQWLED；-芯片尺寸：740μm×600μm；-峰值波長(zhǎng)：～450nm（色溫T=293K時(shí)）-濕度：50％RH；-當(dāng)前驅(qū)動(dòng)條件：脈沖當(dāng)前驅(qū)動(dòng)條件（脈沖寬度：1ms，占空比：1%);-輻射功率測(cè)量探測(cè)器：硅光電二極管；-電氣特性測(cè)量設(shè)備：Keithley3半導(dǎo)體參數(shù)分析儀；-最大驅(qū)動(dòng)電流，Imax=350mA；-數(shù)據(jù)點(diǎn)總數(shù)，N=65。步驟1：獲取由輻射功率和正向電壓組成的N數(shù)據(jù)，作為正向電流的函數(shù)，如圖A.1所示。圖A.1輻射功率和正向電壓與正向電流的關(guān)系步驟2：通過(guò)計(jì)算輻射功率與輸入功率之比，計(jì)算出功率效率（見(jiàn)圖A.2）。9GB/T15651.8-XXXX—IEC60747-5-8:2019圖A.2功率效率與正向電流的關(guān)系步驟3：測(cè)量發(fā)射光譜分布（見(jiàn)圖A.3），并使用以下公式計(jì)算平均光子能量（見(jiàn)圖A.4）。圖A.3發(fā)射光譜分布與波長(zhǎng)的關(guān)系GB/T15651.8-XXXX—IEC60747-5-8:2019圖A.4平均光子能量與正向電流的關(guān)系步驟4：通過(guò)獲取單位時(shí)間內(nèi)向自由空間發(fā)射的光子數(shù)與單位時(shí)間內(nèi)注入LED的電子數(shù)之比來(lái)計(jì)算外量子效率（見(jiàn)圖A.5圖A.5外量子效率與正向電流的關(guān)系步驟5：通過(guò)計(jì)算功率效率與外量子效率的比值來(lái)計(jì)算電壓效率（見(jiàn)圖A.6）。GB/T15651.8-XXXX—IEC60747-5-8:2019圖A.6電壓效率與正向電流的關(guān)系步驟6：使用IEC60747-5-9和IEC60747-5-10中定義的方法之一，測(cè)量?jī)?nèi)量子效率（見(jiàn)圖A.7）。圖A.7內(nèi)量子效率與正向電流的關(guān)系步驟7：通過(guò)計(jì)算外量子效率與內(nèi)量子效率之比，計(jì)算出光提取效率（見(jiàn)圖A.8）GB/T15651.8-XXXX—IEC60747-5-8:2019圖A.8光提取效率與正向電流的關(guān)系步驟8：創(chuàng)建測(cè)試報(bào)告。圖A.9總結(jié)了測(cè)得的光電效率。圖A.9光電效率與正向電流的關(guān)系：PE，EQE，VE，IQE和LEEGB/T15651.8-XXXX—IEC60747-5-8:2019表A.1測(cè)試報(bào)告匯總表值—X X XX——X%X KXXX%X%X%X%X%XGB/T15651.8-XXXX—IEC60747-5-8:2019參考文獻(xiàn)IEC60050-845,InternationalElectrotechnicalVocabulary–Part845:Lighting(availableat)IEC60747-5-9,Semiconductordevices–Part5-9:Optoelectronicdevices–Lightemittingdiodes–Testmethodoftheinternalquantumefficiencybasedonthetemperature-dependentelectroluminescence4IEC60747-5-10,Semiconductordevices–Part5-10:Optoelectronicdevices–Lightemittingdiodes–Testmethodoftheinternalquantumefficiencybasedontheroom-t