激光荧光扫描光谱仪

　　1　引　言

　　激光荧光光谱是一项成熟技术,广泛应用于生物,化学,物理,材料等领域。一般的检测方法是,激发光照射样品上一点,经单色仪,控制光栅转动,用光电倍增管接收光谱。其结果反映了一点的有关信息,若需要了解整个样品的信息,就需要逐点检测,用一般的检测方法,需要很长时间,不能用于生产中。因而本文介绍了一种智能化激光荧光扫描光谱仪,可对大尺寸光致荧光样品进行扫描分析,从而获得需要的整体信息。下面以发光二极管(LED)外延片为例,介绍仪器进行外延片在线无损检测的应用。该仪器可迅速对LED外延片进行在线检测,给出相关参数。实现智能化检测。发光二极管(LED)是信息技术关键元器件之一。

　　由于LED具有体积小、耗电省、寿命长、可靠性高等特点,广泛用于家用电器、仪器、仪表、通讯、交通、金融、贸易等信息显示和遥控等方面。近年来GaN材料的突破使LED的发光波长扩展到蓝光波段,从而使得LED全彩色化大屏平板显示成为现实。超高亮度LED的出现使LED显示由室内走向室外,并将促进新一代LED照明光源进入市场。

　　LED具有非常大的市场容量,我国1995年LED用量40亿只,国际市场用量400亿只。据预测,今后每年将以15%—20%的速度增长,预测到2000年世界年需求量1000亿只,我国到2000年需求量也达150亿只。

　　估计到21世纪初,我国拥有的外延片生产力将达21亿粒管芯,即20万片外延片。由于发光二极管的市场竞争激烈,其生产过程必须十分重视成品率和质量,所以生产过程的在线检查和质量控制十分重要。目前,我国各企业缺乏必要的条件和设备,尤其是生产过程中的高速、无损检测。即使是封装企业,在进口外延片时也需要逐片检测以保证质量并进行分级筛选。

　　目前美国伯乐公司已开发出了用于LED外延片的激光荧光光谱无损检测仪,但是产品昂贵,价格在10万美元以上,国内企业一般都负担不起。所以研究和开发适应我国实际情况的在线检测方法和设备是发展外延片生产的关键技术之一。

　　我国经过九·五技改和863计划的支持,到2000年前,国内普红、普绿估计将达到每天200片(600万管芯片),高亮度红、橙将达每天80片。我国还有几十条LED生产线,进口外延片进行封装,这些生产线也都需对LED外延片进行检验、分类和筛选,所以类似设备十分需要。在下世纪初,随着GaN蓝、绿色LED工艺的成熟,大屏幕显示使LED需求量激增,随着LED生产量的增长使测试设备的需求显著上升。因此,本文研究开发了发光二极管外延片在线检测仪[2～4]。

　　2　测量原理

　　当短波长的光照射到某些样品上时(光子的能量高于能隙的宽度),处于低能级上的电子在吸收一个光子的能量后被激发到高能级。由于处于高能级上的电子是不稳定的,它会向低能级跃迁并同时发出一个光子(图1)。