各位真粉们，大家好。经过前面几辑对MicroLED技术及PL和Raman测试表征方法的简单介绍，相信大家已经对MicroLED和我们在这个领域所提供的产品有了初步的了解，所以接下来小薇想更深入的跟大家探讨学习PL和Raman测试在MicroLED领域的应用，希望大家能多提意见，相互学习。

今天我们就先从PL测试在MicroLED全工艺链中的应用开始讲起。

PL测试简介

光致发光（Photoluminescence, PL）测试已成为MicroLED制造过程中不可或缺的检测手段，其基本原理是利用特定波长的激光光束激发MicroLED芯片中的多量子阱层，使材料内的电子跃迁到更高能级，当这些电子回落到基态时会释放能量产生发光现象。通过对这种发光信号的强度分布、光谱特性和空间分布进行高精度分析，可以非接触式地评估MicroLED芯片的光学性能和质量参数。

PL测试在MicroLED制造中的应用

1 外延生长质量评估

外延片均匀性检测：通过 PL 光谱分析，可同步获取数千万颗 MicroLED 的光强和光谱数据，检测最小像素发光单元尺寸可达 3μm×3μm以内。PL 光谱的峰位和半高宽（FWHM）能直接反映材料的带隙和缺陷密度，可快速评估外延片的结晶质量、带隙均匀性及量子阱结构完整性。通过分析PL强度分布图，可以快速识别外延生长过程中的不均匀区域。例如，PL图像可能显示晶圆边缘区域的发光强度明显低于中心区域，表明外延层厚度或组分在该区域存在偏差。

2 发光效率评估

MicroLED技术面临的核心挑战之一是尺寸效应——当芯片尺寸缩小到微米量级时，发光效率会急剧下降。这种效率下降主要源于两方面因素：一是随着芯片尺寸减小，侧壁表面积占比显著增加，表面缺陷导致的非辐射复合增加，引起内量子效率（IQE）降低；二是微米尺度下，光提取效率（LEE）受芯片几何结构和表面状态的影响更为显著。PL测试技术为解决这一难题提供了强大的分析工具。

2.1内量子效率精确评估

内部量子效率（IQE）定义为材料吸收光子后转化为可收集载流子（电子或空穴）的效率，其核心是材料内部的辐射复合与非辐射复合竞争机制。PL测试通过变温PL测量方法，能够在不同温度条件下精确评估MicroLED的内量子效率。在低温条件下（如4K），非辐射复合过程被极大抑制，此时测得的PL强度接近材料的本征辐射复合效率。通过比较室温和低温下的PL强度比值，可以计算出精确的内量子效率值，公式表达为：

IQE = PL₃₀₀K / PL₄K

其中PL₃₀₀K 和 PL₄K 分别表示材料在 300K（室温） 和 4K（超低温）下测得的光致发光（PL）强度。

这种方法避免了传统电学方法需要制备电极和低温操作的复杂性，可在芯片制造的前道阶段进行无损检测。

2.2光提取效率量化分析

MicroLED的光提取效率受芯片表面状态（光滑面与粗化面）的显著影响。PL测试结合创新算法，能够量化不同表面状态对光提取效率的贡献。通过测量具有不同光滑面/粗化面比例的系列芯片的PL强度，并利用公式进行非线性拟合：

[xₙa + (1-xₙ)b]c = Eₙ

其中xₙ为光滑面积占比，a和b分别代表光滑面和粗化面的光提取效率，c为内量子效率，Eₙ为实测外量子效率。这种方法为芯片设计提供了精确的优化方向。

3 晶圆级巨量转移缺陷定位

MicroLED制造中最大的质量挑战是如何在巨量芯片中（单片晶圆数千万至上亿颗）高效、精准地定位缺陷芯片。PL测试凭借独特的优势，为这一问题提供了行业公认的解决方案：

亚表面缺陷探测能力：PL测试能够发现传统光学检测（AOI）无法识别的发光异常。如缺陷芯片在AOI检测下显示正常外观，但在PL图像中却呈现暗点或弱发光现象。这些缺陷主要源于外延层的晶体缺陷、量子阱不均匀或杂质污染等亚表面问题，在未通电状态下无法被传统方法检测，却能被PL有效捕捉。

微米级缺陷定位精度：PL系统可实现低至1μm空间分辨率的缺陷定位，其可检测的最小芯片尺寸达3μm×3μm以内，并能精准定位单个缺陷芯片在晶圆上的坐标位置，为后续修复提供导航。

4 波长一致性检测与全彩化验证

4.1波长一致性检测

MicroLED 显示对 RGB 波长一致性要求极高（±2~3nm以内），因为波长均匀性直接影响显示色差，正常2.5nm以上的波长差即可被人眼识别为色差，因此要求单片晶圆波长标准差≤0.8 nm。PL测试通过快速扫描晶圆上数百万像素，采集每颗发光像素单元的主波长（Dominant Wavelength）和峰值波长（Peak Wavelength），生成整个晶圆的主波长分布，揭示波长均匀性状况。通过对波长漂移的工艺进行问题溯源改进，完成工艺改进闭环控制。如PL波长分布图可定位外延生长缺陷区域（如边缘波长偏长），通过调整MOCVD工艺参数（温度/气流）补偿不均匀性。

PL测试为分Bin提供了关键依据。实际数据显示，单片晶圆常可划分为多个波长区域，需按2.5nm间隔分区才能满足显示均匀性要求。下表介绍了PL测试参数对于分Bin的重要意义。

4.2全彩显示性能验证

MicroLED 全彩化依赖 RGB 三色波长的精准匹配（蓝光 450~460 nm、绿光 525~535 nm、红光 620~630 nm），PL 测试通过光致发光光谱量化波长—色坐标映射关系，实现从单色芯片到三色混光的系统级验证。如下是PL在全彩化验证中的应用。

5 PL测试与其他光学检测方法协同的应用

在MicroLED制造中，PL测试并非孤立的检测手段，而是与多种其他技术形成互补关系。了解各种技术的优势和局限，才能构建最佳检测策略，突破MicroLED检测的“不可能三角”。

PL测试与MicroLED其他主要光学检测技术的对比：

5.1 PL + AOI协同：

外延生长阶段，PL检测分析外延片PL光谱的峰值波长、半高宽（FWHM）及强度分布，评估量子阱组分均匀性与缺陷密度（如位错导致的非辐射复合）。如InGaN 外延片的PL强度不均匀可能预示量子阱应力差异，需调整生长温度。通过高分辨率AOI扫描外延片表面，检测肉眼不可见的微裂纹、颗粒异物或生长层起伏。若PL显示某区域发光效率低且AOI发现表面粗糙，可能关联于生长过程中的衬底污染，需优化清洗工艺。

刻蚀阶段，刻蚀后通过AOI检查图形尺寸精度（如 MicroLED 像素边长偏差）、刻蚀残留或侧壁损伤，确保结构符合设计要求。PL对AOI识别的可疑区域（如刻蚀边缘粗糙处）进行显微PL扫描，检测材料发光强度是否衰减（提示晶格损伤）。

5.2 PL + CL协同：

刻蚀阶段，PL检测刻蚀后量子阱暴露面的PL强度衰减（如干法刻蚀导致的表面非晶化使PL强度下降＞30%），定位刻蚀参数优化方向（如降低刻蚀功率或引入保护气体）。

CL测试通过的电子束能量调节（如 10keV 电子束），穿透刻蚀损伤层（约50nm）检测下方量子阱的发光特性，判断刻蚀是否导致界面缺陷（如位错增殖）。

5.3 PL + Raman协同：

外延生长阶段，Raman 光谱通过检测 GaN 外延层的 E₂（high）声子模位移，定量分析晶格应力分布（如 a 轴、c 轴应力）；PL 光谱则反映量子阱的发光特性（如峰位、半高宽）。两者结合可建立 “应力 - 发光” 映射关系，指导 MOCVD 参数优化。

激光剥离（LLO）阶段，Raman Mapping 可识别 LLO 后 GaN 层的残余应力区域（如边缘应力集中区），PL 检测则定位因应力导致的发光淬灭点。两者结合优化激光能量密度和光斑均匀性。

5.4 PL + EL协同：

转移键合与阵列集成阶段：用宽场PL扫描转移后的 MicroLED 阵列，快速筛查发光均匀性，定位因转移损伤导致的局部发光强度衰减。对阵列施加电信号，通过EL成像检测像素点亮均匀性、串扰及死点分布，与PL结果对比：若PL均匀性好但EL存在死点，可能为键合界面接触不良或电极断裂；若两者均不均匀，可能与转移前的芯片质量或键合压力不均有关。

可靠性测试阶段：PL追踪材料稳定性，高温/高湿老化测试中，通过PL光谱变化评估量子阱材料的退化程度（如峰值强度衰减、FWHM展宽）。EL监控器件工作状态，同步测试EL的发光效率、波长漂移及驱动电压变化，与PL数据结合分析退化机制（如缺陷增殖 vs. 电极氧化）。

总结

PL测试在MicroLED产业中扮演着至关重要的角色，从发光效率评估到缺陷检测，再到良率提升和工艺优化，PL测试提供了全面的解决方案。随着MicroLED技术的不断发展，PL测试技术也在不断进步，为MicroLED产业的规模化生产和商业化应用提供了坚实的技术支撑。

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