與基于燈絲(filament)的光源相比，發光二極管（LED）效率更高，響應更快，并且占用空間小得多。LED主要由半導體材料制成，這些半導體材料的電子態密度包括被稱為帶隙的禁帶。當電子和空穴被ji發并跨越帶隙復合時，發射的光子（被觀察為光）就攜帶帶隙的能 量。1990年代藍色LED的問世，以及隨后對III族氮化物材料可調性的研究，為基于LED的照明和顯示技術鋪平了道路。
在LED中，GaN通常以異質結構形式生長，具有許多In xGa1-xN量子阱（QWs）。它們在電磁波頻譜的可見光部分高效發光，而非在本征（GaN）帶隙能 量3.4 eV（365 nm）處產生。可以通過增加其有源區體積，來提高增益和光學限制因 子，而重要的是，還能夠調節其發射的顏色（波長）。
陰極發光（CL）技術是GaN LED工藝開發中一種快速且高度相關的檢測手段。高能電子束可以有效地ji發氮化物半導體（甚至是AlN）的寬帶隙，并分別為在掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）中的CL測試，提供高達10 nm和1 nm的空間分辨率。能夠直接可視化位錯等非輻射缺陷的分布，并確定點缺陷的特征。此外，還可確定應變、摻雜、生長方向和載流子濃度的空間變化以及疊層的不同成分（例如，AlN，GaN，量子阱）。
此外，還可以使用角度分辨或波長-角度分辨模式來觀察器件的發射模式。角度分辨CL模式的使用可以對光譜進行詳細表征，因此這些模式為發光器件的表征提供了又一重要指標。
實驗簡報：納米陰極發光可實現更高效率的發光二極管設計（鏈接到：文章4（單頁PDF：一篇TEM中CL應用））
應用說明：陰極發光技術在μLED工藝檢測，計量和失效分析的應用
（鏈接到：翻譯文章3）
LED結構的3D計量
CL在提供了用于研究半導體材料的高橫向空間分辨率的同時，還可以在深 度方向上解析測量。使用選定的SEM加速電壓來確定產生CL信號的表面深 度，從而可以對掩埋在塊狀內的材料層進行分析。此外，它允許通過深 度分辨CL光譜研究其三維結構，可以對初級電子散射和載流子漂移/擴散的模擬進行比較。這種深 度分辨測量可以得到：
• 全加工設備中位錯與基面層錯的深 度及橫向分布圖
• 不同組成的亞表層的厚度測量，包括對多量子阱堆棧中單個量子阱的分析
• 器件結構內特定界面處的點缺陷位置（軸向分辨率約為1 nm）
失效分析
一般照明應用和汽車燈中經常使用白色和藍色LED，而它們的使用其實也滲 透到了包括工業環境在內的更多用途中。在這些環境中，LED器件會受到諸如機械振動等的ji端環境、過高/過低的溫度濕度以及化學物質的影響。人們越來越意識到，在這些條件下，LED芯片本身會導致模塊故障，而非其外圍元件。LED應用范圍如此廣泛，實驗室的測試程序無法復制實際應用中所有用例。因此，有必要使用能夠在宏觀及微觀尺度上觀察LED結構，表征其物理結構和功能特性的分析技術。
原文鏈接：https://whatiscl.info/applications/semiconductors/device-characterization/light-emitting-diodes
參考文獻
Pozina, G.; et al., Appl. Phys. Lett. 107 (2015) 251106
Zhao, Z.; et al., Applied Physics Express, 12 (2019) 034003
Griffiths, J.; et al., Nano Lett. 15 (2015) p7639 – 7643
Meissner, E.; et al. Materials (Basel) 10(10) 2017 p1202
