[发明专利]由电致发光半导体晶片测试预测LED参数的方法和设备

说明书

相关申请

本申请基于并且要求2011年8月21日提交的美国临时申请No.61/525,770的优先权。

技术领域

本发明大体上涉及发光材料的测试领域。具体地，它涉及用于由在用于制造发光二极管（LED）的半导体晶片上进行的测量来预测独立发光二极管（LED）的电致发光性质的方法和相关的设备。

背景技术

在晶片级（即，在形成p-n结和有源量子阱层之后，但是在芯片加工步骤之前）的发光半导体结构的特征通常利用非破坏性晶片探针产生。诸如电流-电压曲线、二极管理想因子、其反向饱和电流、及其在器件级的光谱性质的参数对于由晶片制造的LED的特征至关重要。为此，将导电探针临时地放置成与外延晶片（epi-wafer）（p-GaN）的顶部相接触，而另一电极通过该晶片的边缘或通过其它允许接近n-GaN层的手段来接触n-GaN层。图1中示出了这样的典型的布局。当被激励时，导电探针、在晶片上的半导体p-n结结构、和电极形成临时发光器件。通过将已知电流注入到结中，将发光、并且能够测量和表征光谱性质及其与电气性能的关系。

因此，使用探针来表征半导体晶片上的发光结构的诸多目的中的一个在于，在已经对晶片进行处理之后预测在器件级的光学性质和电气性质，由此来制造LED。然而，由于诸如几何形状和电接触方法和配置中的差异等因素，由在晶片上的探针所测量的参数都将通常有别于在由该晶片制造的器件上所测量的那些参数。例如，在器件级，电极被永久地沉积在器件层上，如图2中所示，从而产生界限清楚的电流经过通道。在晶片级，其中仅用预定的加载力来抵靠晶片的表面而机械地挤压探针，探针表面和晶片表面的粗糙结构均产生接触电阻，该接触电阻在将p电极和n电极形成到相应的器件层上的独立器件中不存在。另外，两个电极之间的距离（对于器件测量而言是固定的）会在晶片测量期间随着电流通道位置和长度的相应变化因位置的不同而变化，这从图3中可以认识到。

因此，仍然需要能够实现对由晶片制造的LED的光学特性和电气特性的可靠预测的晶片测试方法。本发明描述了一种已经示出达到该目的的可靠的且可重复的结果的方案。

发明内容

本发明依赖于以下的概念，使用二极管模型和在晶片级所采取的导电探针测量，通过去除从晶片测试产生的串联电阻来预测由该晶片制造的半导体器件的特征参数。特别地，将表示作为电阻、理想因子、和反向饱和电流的函数的电流-电压关系的电流-电压曲线（I-V）模型拟合到多个导电探针测量数据。然后，通过从I-V模型减去由拟合步骤产生的电阻乘以电流的积，来估算器件的电流-电压曲线（I-V_d）。

在本发明的一个实施例中，假设电阻为常量，其使能够仅利用三个测量数据点来表征晶片I-V模型曲线和相应的电阻。然后，简单地通过减去每个点处的电流乘以电阻的积，来获得器件I-V曲线（I-V_d）。在另一实施例中，将作为电流的函数的电阻在数字上计算为从测量数据导出的I-V模型曲线的斜率。然后，将被拟合到如此产生的数据的电阻对电流模型和I-V模型一起处理，以直接得出器件的电流-电压曲线I-V_d、理想因子、和反向饱和度。

本发明的各种其它方面和优势将从接下来的描述和从所附权利要求中具体列举的新型特征中而变得明显。因此，为了完成上述目的，本发明由在下文的附图中所示的、优选实施例的详细描述中充分描述的、以及在权利要求中具体地指出的特征组成。然而，这样的附图和描述公开了可以实践本发明的各种方式中的仅一些。

附图说明

图1是用来测试发光半导体晶片的常规探针系统的示意图。

图2示出在LED结构中的电极的放置。

图3示出基于探针的位置，在晶片测试期间如何应用不同的测试电流通道。

图4示出在产生本发明的开发工作期间使用的带有球面末端的探针。

图5是代表根据本发明而使用的模型的示意图，以利用在测试下的晶片的特性来模拟器件。

图6示出当晶片的串联电阻假设为常量时，基于与从晶片获得的测量数据而拟合的二极管模型，通过本发明产生的LED的预测I-V曲线。

图7示出由本发明产生的电阻对电流曲线，该曲线用于当晶片的串联电阻被假设为是电流依赖型时，在从晶片测量预测LED的I-V曲线中使用。

图8示出当晶片的串联电阻被假设为是电流依赖型时，基于从晶片获得的测量数据所预测的具有图7的电阻特性的LED的I-V曲线。

图9示出用于如在产生本发明的开发工作期间使用的发光外延晶片特征的探针（测试）台。