与基于灯丝(filament)的光源相比，发光二极管（LED）效率更高，响应更快，并且占用空间小得多。LED主要由半导体材料制成，这些半导体材料的电子态密度包括被称为带隙的禁带。当电子和空穴被ji发并跨越带隙复合时，发射的光子（被观察为光）就携带带隙的能 量。1990年代蓝色LED的问世，以及随后对III族氮化物材料可调性的研究，为基于LED的照明和显示技术铺平了道路。
在LED中，GaN通常以异质结构形式生长，具有许多In xGa1-xN量子阱（QWs）。它们在电磁波频谱的可见光部分高效发光，而非在本征（GaN）带隙能 量3.4 eV（365 nm）处产生。可以通过增加其有源区体积，来提高增益和光学限制因 子，而重要的是，还能够调节其发射的颜色（波长）。
阴极发光（CL）技术是GaN LED工艺开发中一种快速且高度相关的检测手段。高能电子束可以有效地ji发氮化物半导体（甚至是AlN）的宽带隙，并分别为在扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）中的CL测试，提供高达10 nm和1 nm的空间分辨率。能够直接可视化位错等非辐射缺陷的分布，并确定点缺陷的特征。此外，还可确定应变、掺杂、生长方向和载流子浓度的空间变化以及叠层的不同成分（例如，AlN，GaN，量子阱）。
此外，还可以使用角度分辨或波长-角度分辨模式来观察器件的发射模式。角度分辨CL模式的使用可以对光谱进行详细表征，因此这些模式为发光器件的表征提供了又一重要指标。
实验简报：纳米阴极发光可实现更高效率的发光二极管设计（链接到：文章4（单页PDF：一篇TEM中CL应用））
应用说明：阴极发光技术在μLED工艺检测，计量和失效分析的应用
（链接到：翻译文章3）
LED结构的3D计量
CL在提供了用于研究半导体材料的高横向空间分辨率的同时，还可以在深 度方向上解析测量。使用选定的SEM加速电压来确定产生CL信号的表面深 度，从而可以对掩埋在块状内的材料层进行分析。此外，它允许通过深 度分辨CL光谱研究其三维结构，可以对初级电子散射和载流子漂移/扩散的模拟进行比较。这种深 度分辨测量可以得到：
• 全加工设备中位错与基面层错的深 度及横向分布图
• 不同组成的亚表层的厚度测量，包括对多量子阱堆栈中单个量子阱的分析
• 器件结构内特定界面处的点缺陷位置（轴向分辨率约为1 nm）
失效分析
一般照明应用和汽车灯中经常使用白色和蓝色LED，而它们的使用其实也渗 透到了包括工业环境在内的更多用途中。在这些环境中，LED器件会受到诸如机械振动等的ji端环境、过高/过低的温度湿度以及化学物质的影响。人们越来越意识到，在这些条件下，LED芯片本身会导致模块故障，而非其外围元件。LED应用范围如此广泛，实验室的测试程序无法复制实际应用中所有用例。因此，有必要使用能够在宏观及微观尺度上观察LED结构，表征其物理结构和功能特性的分析技术。
原文链接：https://whatiscl.info/applications/semiconductors/device-characterization/light-emitting-diodes
参考文献
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
