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CN111610177B - 一种micro LED芯片的拉曼增强的检测方法及其装置 - Google Patents

一种micro LED芯片的拉曼增强的检测方法及其装置 Download PDF

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CN111610177B CN202010528322.9A CN202010528322A CN111610177B CN 111610177 B CN111610177 B CN 111610177B CN 202010528322 A CN202010528322 A CN 202010528322A CN 111610177 B CN111610177 B CN 111610177B
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Abstract

本发明公开了一种micro LED芯片的拉曼增强的检测方法及其装置。本发明提出的检测方法中，将光致发光检测和拉曼检测结合，光致发光检测提供发光波长和亮度信息，拉曼检测给出电学性质，弥补了光致发光检测准确度不足的问题；采用电子能级共振以及表面等离激元共振增强拉曼技术使得拉曼散射强度有103～108的增强，部分达到了光致发光的强度，从而为快速测量奠定基础；金属纳米结构不但提高micro LED芯片的发光效率，同时也可以利用表面等离激元增强拉曼散射信号，提高检测速度；显微拉曼检测是一种无损伤测试手段，检测过程简单，所需时间短，检测速度快，且不需要对micro LED芯片进行特别处理，适用于micro LED芯片的巨量检测。

Description

一种micro LED芯片的拉曼增强的检测方法及其装置
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，具体涉及一种micro LED芯片的拉曼增强的检测方法及其检测装置。
背景技术
Micro LED显示技术是指以自发光的微米量级(50微米以下)的LED为发光像素单元，组装到驱动面板上形成高密度LED阵列的显示技术。Micro LED用于显示时芯片数目达到数百万甚至上千万，在生产过程中需要及时检测出显示芯片中的坏点进行移除或修复。例如对于4K电视的显示屏，需要4K*2K*3＝24M个micro LED芯片，常规检测分拣的速度在10K/小时量级，一片普通4英寸片上的micro LED检测分拣时间也将达到1000小时以上，因此对于Micro LED显示芯片进行快速且准确的检测是亟待解决的问题。
目前常用的micro LED显示芯片检测技术为光致发光(Photoluminescence；PL)扫描绘图(mapping)技术和电致发光技术(Electroluminescence；EL)。PL mapping能在不接触且不损坏LED芯片的情况下对其进行发光波长、亮度快速扫描测试，但无法检测出芯片电学性能上的问题，影响检测的准确度。EL测试通过对LED芯片加以电流来进行测试，准确度比PL mapping更高，然而测试工艺复杂，需要进行多次转移，需要专门的测试装置，一些探针还可能造成芯片损伤。PL mapping方便、速度高，但准确度不高，EL测试准确度较高，但是速度低、工艺成本高并且容易对检测芯片造成损伤，因此迫切需要一种能够满足micro LED巨量检测需求的新方法。
拉曼散射是指一定频率的激光照射到样品表面时,物质中的分子吸收或释放部分能量，发生不同方式和程度的振动，然后散射出不同频率的光。频率的变化决定于散射物质的特性，不同原子团振动的方式是唯一的,因此可以产生特定频率的散射光，散射光带有样品内部分子振动的信息。待测物质的成分、结构、振动对称性、尺寸决定了频率的变化，因此拉曼光谱可以作为研究物质结构的有效手段。然而由于拉曼散射信号很弱，其散射强度一般为入射光强度的10-10，因此需要采取特定的方法来增强拉曼信号，以保证检测的速度。
为了增强拉曼信号，通过增加拉曼测试的积分时间是常用的办法。目前商用的共焦显微拉曼光谱仪采集一帧图像所有点的拉曼信号所需的时间往往在几秒到几百秒之间(CN201580032136.3)，而测试时间的增加将限制拉曼检测在micro LED中的应用。增强拉曼散射强度以及并行的测试方法有望解决拉曼测试时间的问题，增强拉曼信号的强度一般可以通过增大激发光功率密度、提高散射光的收集效率和增强样品的极化率等来实现。基于商用的显微共焦拉曼较好的聚焦系统，激光的能量聚集在微米尺寸的光斑上，考虑对样品的温度以及结构损伤的影响，激光功率密度的调节范围有限。由于共焦显微镜的光斑小，散射光收集角大，因此散射光的收集效率相对较高。样品极化率可通过电子能级共振、表面等离激元共振等方式来增强。
采用电子能级共振的方法能够有效地增强拉曼信号，常规拉曼光谱采用任意波长的激光激发来测量其拉曼散射，而电子能级共振拉曼则需要仔细挑选激发波长，使得激光光子能量与某个电子跃迁的能量相等或者相近，这种共振将会使得拉曼散射的强度大幅度增强，因此，检测精度更高，测量时间也会显著减少。相比非共振的拉曼光，共振拉曼信号可以增强102-106倍，能够在GaN、InGaN等材料的拉曼散射信号增强上发挥重要作用(AppliedPhysics Letters,1996,68(17):2404，Applied Physics Letters,1998,73(2):241.)。并且共振拉曼可以在任何拉曼仪器系统中使用，测量也是以标准的方式进行的，唯一的要求是一定要有合适激发波长的激光以满足共振条件。采用表面等离激元共振的方法同样可以增强拉曼信号，当样品分子被吸附到某些粗糙的金属(如银、铜、金等)表面上时,样品分子对应的拉曼散射强度会大幅增强，对GaN表面进行处理并覆盖银、金等颗粒可以将GaN的拉曼散射信号增加到106～1014倍(J.Phys.Chem.B 2005,109,20186-20191,Appl.Phys.Lett.96,033109(2010))，甚至可以进行单分子层的拉曼测试(SpectrochimicaActa Part A,60(2004)321-327)。一般而言银的共振拉曼信号强度是金的102倍左右，银由于其良好的光学电场增强效应而被广泛应用，且银能够在紫外和可见光区域波段得到较好的激发(Optics Express,2006,14(21):9971-9981)，而金只在波长较长可见光波段及红外波段起作用。表面等离激元共振同样可以应用在任何拉曼仪器系统中，实际测量也和标准的拉曼测量一样。
目前拉曼测试还不能直接给出LED的正向偏压，反向漏电、短路、断路等信息，但是拉曼光谱已经给出了许多电学性能相关的信息，通过这些信息可以判断LED的电学性质。日本名古屋大学的Kokubo等人利用显微拉曼(μ-Raman)测量位错密度(Jpn.J.Appl.Phys.,58(c),sccB06(2019),Appl.Phys.Exp.,11(6),061002(2018))，位错一般工作条件下与LED电学、光学性能关系较小，但是在垂直结构的LED，或者大注入工作条件下，显著影响LED的电学光学性质。μ-Raman还可以测量LED外延层的应力分布(Semi.Sci.Tech.32(10),105009(2017),Rev.Sci.Instr.,88(11),1131111(2017))，这些应力与LED的漏电、内部的电场相关。Mg受主的激活可以通过拉曼测得(Phys.Sol.Stat.A,214(10),1700225(2017))。利用纵光学声子(LO)和外延层等离子体的耦合(LOPC)拉曼信号(Jpn.J.Appl.Phys.,56(8)，08LB07(2017))，可以测量外延层中的载流子浓度，载流子浓度和电压等有明确的对应关系。μ-Raman还可以测量V型坑(V-pit)，孔洞(void)，小丘(hillock)等缺陷周围的应力和载流子分布的异常(Appl.Phys.Lett.92(21)212104(2008)，Phys.Sol.Stat.C,3(6)，2321)(2006))，这些缺陷可以导致漏电甚至短路。诱导耦合等离子体刻蚀(ICP)对亚表面的损伤也严重影响电学性质，μ-Raman对刻蚀损伤也有一定的表征能力(J.Phys.D，34(18)，2748(2001))。在LED芯片制备工艺中，还会产生许多中间化合物，对器件的电学性质有明显影响，如AZO薄膜，SiO2，SiNx薄膜，GaCO3层，这些产物有些是接触层，有些是钝化层，电流阻挡层，而有些是工艺副产物，对p、n欧姆接触性能有重要的影响(Thin solid film，676,125(2019)，J.NewMat.Electrochem.Sys.,19(1)11(2016)),这些材料的结构也可以通过μ-Raman进行表征。
综上所述，micro LED的应力情况、器件结构、电学性质有望通过拉曼信号增强技术和显微拉曼技术测量快速得到。
发明内容
本发明提供一种micro LED芯片的拉曼增强的检测方法及其检测装置，并提出一种高速拉曼检测方法，利用电子能级共振和表面等离激元共振的方法来增强拉曼信号，将检测得到的拉曼信号用于分析micro LED的电学性质，结合显微拉曼技术用以解决microLED的巨量检测问题。
本发明的一个目的在于提出一种micro LED芯片的显微拉曼结合光致发光检测装置。
Micro LED芯片阵列是LED芯片单元周期排列的二维阵列，每一个micro LED芯片单元尺寸在50μm以下，micro LED芯片阵列尺寸在英寸量级，用于激发拉曼和光致发光信号的光斑大小在微米量级，扫描振镜的扫描范围为百微米量级，由扫描振镜的扫描范围将micro LED芯片阵列分成多个二维排列的帧。
本发明采用显微拉曼结合光致发光检测，micro LED芯片的拉曼增强的检测装置包括：激光器、第一空间滤波器、多面棱镜、第一分束片、扫描振镜、物镜、XYZ三维高速样品台、控制系统、光路切换装置、目镜、CCD摄像机、第二空间滤波器、纵向柱透镜、横向柱透镜、第二分束片和多通道光谱仪；控制系统分别连接至激光器、光路切换装置、扫描振镜、CCD摄像机、XYZ三维高速样品台和多通道光谱仪；多通道光谱仪包括第一通道和第二通道；第一通道包括第一棱镜分光计和第一CCD面阵探测器，第二通道包括第二棱镜分光计和第二CCD面阵探测器；激光器发出平行的激发光，激发光的波长采用325～345nm，这样的激发光波长既满足与部分电子跃迁的能量相等，同时满足激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20～40nm；或者激发光的波长小于350nm，激发光的波长既满足小于其激发样品产生的荧光波长20nm以内，同时满足激发光的波长与部分电子跃迁的能量相等；激发光经第一空间滤波器去除杂散光，经多面棱镜变成多束角度不同的平行光，经第一分束片后再通过扫描振镜，由物镜聚焦，形成多个一维排列的光斑；micro LED芯片阵列作为样品放置在XYZ三维高速样品台上；一维排列的光斑阵列的激发光以布儒斯特角入射到样品上，所有平行于偏振面的激发光都透射到样品的内部而不是由表面反射，从而激发拉曼光，由于激发光的波长与部分电子跃迁的能量相等产生共振，并且嵌入至micro LED单元中的金属纳米结构与量子阱形成表面等离激元共振，使得拉曼光增强至荧光量级，同时光致发光产生荧光，一维排列的光斑阵列同时照射到多个micro LED芯片单元上，产生的拉曼光和荧光也为一维排列的光斑阵列；荧光和拉曼光进入物镜，再经过扫描振镜和第一分束片后，通过光路切换装置控制，由目镜收集进入至CCD摄像机，观察样品的表面形态；或者，荧光和拉曼光通过光路切换装置控制，经过第二空间滤波器滤除杂散光后，依次经过纵向柱透镜和横向柱透镜对光斑进行整形，变成矩形的光斑，经第二分束片分成方向不同的两束光，之后两束光分别进入多通道光谱仪的第一通道和第二通道；第一束光经第一棱镜分光计进行分光，只保留荧光，并由第一CCD面阵探测器接收；荧光为一维排列的光斑阵列，第一CCD面阵探测器为二维排列的像素，荧光的每一个光斑分别对应CCD面阵探测器的一列像素，将光斑按照波长分开，不同的波长对应至这一列像素的不同位置上，得到荧光的每一个波长以及对应的亮度信息，从而得到对应的micro LED芯片单元的扫描位置的荧光光谱，第一CCD面阵探测器同时得到多个对应的micro LED芯片单元的扫描位置的荧光光谱；如果激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20～40nm，则采用斯托克斯拉曼结合荧光测量，第二束光经第二棱镜分光计进行分光，只保留斯托克斯拉曼光，由于激发光的波长小于其所激发样品产生的荧光的波长20～40nm，同时斯托克斯拉曼光的波长在激发光波长的30nm以内，因此能够将荧光与斯托克斯拉曼光的光谱分开，由第二CCD面阵探测器接收；或者，如果激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20nm以内，则采用反斯托克斯拉曼结合荧光测量，第二束光经第二棱镜分光计进行分光，只保留反斯托克斯拉曼光，由于激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长，同时反斯托克斯拉曼光的波长小于激发光波长，从而能够将荧光与反斯托克斯拉曼光的光谱分开，由第二CCD面阵探测器接收；拉曼光为一维排列的光斑阵列，第二CCD面阵探测器为二维排列的像素，拉曼光的每一个光斑分别对应CCD面阵探测器的一列像素，将光斑按照波长分开，不同的波长对应至这一列像素的不同位置上，得到拉曼光的每一个波长的强度和亮度，从而得到对应的micro LED芯片单元的扫描位置的拉曼光光谱，第二CCD面阵探测器同时得到多个对应的micro LED芯片单元的扫描位置的拉曼光光谱；通过控制扫描振镜，一维排列的光斑阵列的激发光完成所对应的多个micro LED芯片单元的扫描，进一步控制扫描振镜，一维排列的光斑阵列的激发光完成micro LED芯片阵列的一帧的扫描，然后控制XYZ三维高速样品台，实现对micro LED芯片阵列的下一帧的扫描，从而完成对micro LED芯片阵列的扫描，得到micro LED芯片阵列的荧光光谱和拉曼光谱，通过荧光光谱得到光学性质，通过micro LED芯片单元上多个测量点的拉曼光谱得到相应的电学性质，并根据光学性质和电学性质对micro LED芯片阵列进行分类。
激光器采用半导体激光器，以保证激发光的波长在近紫外至可见光区连续可调。所述激光器能够同时激发并能区分荧光光谱和拉曼光谱，拉曼光的光谱在激发光光谱的30nm以内，选择激发光的波长小于荧光的波长的20～40nm，从而使得拉曼光的光谱与荧光的光谱能够分开。考虑到共振拉曼谱，激光器的光子能量要在电子能级附近，例如对于GaN的斯托克斯共振拉曼激发，激发光的波长在325～345nm范围，如果要测量发光在460nm的InGaN共振拉曼，激发光波长在405～425nm范围。若测量反斯托克斯共振拉曼峰，所需的激光的波长能够更靠近材料荧光的波长，因为反斯托克斯拉曼散射光子能量高于荧光的光子能量，不受荧光的干扰。
第一空间滤波器包括第一透镜、第一滤光狭缝和第二透镜；平行的激发光由第一透镜汇聚至第一滤光狭缝处，第一滤光狭缝去除杂散光，再经第二透镜汇聚成平行光出射。第二空间滤波器包括第三透镜、第二滤光狭缝和第四透镜；平行的激发光由第三透镜汇聚至第二滤光狭缝处，第二滤光狭缝去除杂散光，再经第四透镜汇聚成平行光出射。
扫描振镜包括X轴振镜、Y轴振镜和平场透镜，Z激发光光束依次经过X轴振镜、Y轴振镜和平场透镜后出射，从而分别沿X轴和Y轴扫描。商用的共焦显微拉曼仪器采用了振镜技术，扫描速度有所提高，但是因为拉曼光谱仪器灵敏度的问题，典型的速度为几分钟每帧，在这种速度下若一个小时20帧，而10倍激光扫描光场的范围典型为400μm×400μm，则检测micro LED单元的数量大约15×15＝225只/帧，每小时能够测量的数量是4.5K只，远远不能满足micro LED阵列巨量测试的需求。
扫描振镜和三维高速位移台能够逐点快速自动调节光斑和样品位置，实现逐点光激发和收集。一般地，共焦显微镜提供光源和收集点的共轭，减少焦外的杂散光。扫描振镜对视场内的点进行快速扫描，扫描速度一般需要大于每秒10帧(500像素×500像素)，使得一小时可检测的micro LED数量可以达到810万只。XY位移方向移动样品的位置，一般步长是移动一帧样品对应的距离，Z方向可以对焦点位置进行调节，或对样品进行分层扫描。样品表面形貌的聚焦可以通过增加一种照明光源用于z方向的自动微调。
本发明采用多面棱镜结合CCD面阵探测器阵，帧扫描速度能够达到10帧/秒，大大提高扫描速度。虽然电光偏转器可以达到1000帧/秒的速度，但是鉴于拉曼信号微弱和增强技术的困难，更大的扫描速率意味着更小的测试积分时间，拉曼信号信噪比将变差。
多面棱镜采用多面柱体棱镜，具有底面和多个棱面；入射面为底面，出射面具有N个倾斜角度不同的平面，从而变成N束角度不同的平行光，从而将扫描速度提高N倍，N为10～20的自然数，均匀分布在激光扫描场(DuoScan)内(注意不是物镜光场)。这样每小时检测的LED单元的数量能够在原810万只的基础上增加10～20倍达到1亿只，即能够测量4～5片6英寸的micro LED芯片阵列上的所有LED单元。使用一维阵列的一个考虑是采用多面棱镜得到，多面棱镜很容易精确加工；另一个要素是能够通过二维的CCD面阵探测器阵得到一维排列的光斑阵列的光谱。10～20的光斑数足以保证光斑之间距离足够大，在CCD面阵探测器上不存在相互干扰。相比文献CN201810712095.8，本发明将多面棱镜与CCD面阵探测器结合，从而将一维排列的光斑阵列采用二维面阵的CCD面阵探测器接收，得到每一个光斑的光谱分布，不需要复杂的激光频率调制和信号解调技术，即能够得到光学性质和电学性质。并且采用第一CCD面阵探测器和第二CCD面阵探测器分别接收荧光和拉曼光，以防CCD面阵探测器在同时测量荧光和拉曼光时出现饱和。
光路切换装置采用可移动反射镜，当反射镜移出光路，荧光和拉曼光由目镜收集进入至CCD摄像机；当反射镜以45°放置在光路中，荧光和拉曼光进入多通道光谱仪。
纵向柱透镜和横向柱透镜均采用柱透镜，二者的光轴互相垂直，并都垂直于光路，从而对光斑进行整形，整形后的光斑为矩形。整形后的光斑，再通过棱镜分光计后，正好完全落在CCD面阵探测器上。
多通道光谱仪中采用棱镜分光计而摒弃光栅，从而消除光栅光谱仪中的光栅所造成的次峰杂散谱。
商用的共焦显微拉曼光谱仪已经在陷波滤波片、焦点追踪、倾斜激光束、多级单色仪等方向已经做了许多的工作，成像质量得到了显著的改善，杂散光抑制水平达到50cm-1左右。不同于现有的商用仪器，本发明的激发光采用多焦点并行测量方案，入射光束角度有一定的1～3°的偏转，以保证激光扫描场(DuoScan)范围增加，提高测试速度。以布儒斯特斯特角入射使得平行偏振面的激发光全部进入样品，散射光被物镜收集至探测光路，从而减少激发光对整个光路的影响。进一步，本发明通过双柱面透镜把圆形的散射光斑整形成矩形，提高收集光路的效率，减少杂散光。并且，还采用长焦距的棱镜分光计代替现有的光栅分光系统，彻底消灭源自光栅次峰的杂散谱，从而大大提高拉曼散射信噪比。
本发明的一个目的在于提出一种micro LED芯片的拉曼信号增强的检测方法。
本发明采用micro LED芯片的高速拉曼检测方法，用于准确给出micro LED芯片的电学性质，弥补光致发光检测的不足。
本发明的micro LED芯片的拉曼信号增强的检测方法用于检测两种结构的microLED芯片，分别是倒装结构micro LED和垂直结构micro LED，芯片是基于GaN和InGaN材料制备而成。倒装结构micro LED包括非故意掺杂GaN层、n-GaN层、量子阱发光层、p-GaN层、p电极、n电极和钝化层，其中，在非故意掺杂GaN层上形成n-GaN层，在n-GaN层上部分表面形成量子阱发光层，量子阱发光层由InGaN和GaN组成，在量子阱发光层上形成p-GaN层，对部分p-GaN表面进行刻蚀，从p-GaN层刻蚀到n-GaN层，在刻蚀露出的n-GaN层表面形成n电极，在未被刻蚀的p-GaN层表面形成p电极，并在倒装芯片不出光的下表面形成钝化层；垂直结构micro LED包括非故意掺杂GaN层、n-GaN层、量子阱发光层、p-GaN层、p电极、n电极和钝化层，在非故意掺杂GaN层上依次形成n-GaN层、量子阱发光层、p-GaN层和p电极，量子阱发光层由InGaN和GaN组成，在非故意掺杂GaN层的背面形成n电极，在垂直结构micro LED的上下表面形成钝化层。针对表面等离激元增强的拉曼测试，本发明要求在p-GaN层中嵌入周期性的金属纳米结构。
光致发光检测能对micro LED芯片进行发光波长和亮度的快速扫描测试，但无法检测出芯片电学性能上的问题，影响检测的准确度。而拉曼检测可以提供芯片的位错密度、应力分布、载流子浓度、刻蚀损伤、Mg受主的激活以及工艺过程中产生的中间化合物等信息，可以对micro LED芯片的电学性质给出准确的判断。拉曼检测具体应用于micro LED芯片巨量检测时，选取micro LED芯片某些特殊点作为测试点，在p电极区域内选取测量点用来检测位错等缺陷、p型GaN的激活浓度和p型接触层结构，在钝化层区域内选取测量点用来检测钝化层的结构和刻蚀损伤，在n电极区域内选取测量点来检测n型接触层结构和n-GaN层刻蚀损伤等。在测试点处，激光激发的光谱包括PL谱和Raman谱。将PL谱和Raman谱分离后分别进行分析，PL谱提供micro LED芯片发光波长和亮度信息，Raman谱给出micro LED芯片的电学性质，综合发光波长、亮度和电学性质等信息分辨出其中的坏点进行移除或修复，这样有效地保证了生产良率。
本发明的micro LED芯片的拉曼信号增强方法，包括电子能级共振和表面等离激元共振的方法。
本发明增强拉曼信号的一个方法是采用电子能级的共振增强方法。由于能量的巨大差异，激发光子与声子之间相互作用需要通过电子作为媒介，非共振的拉曼散射是电子被激发后从一实态跃迁至一虚态，然后吸收或放出一个声子从虚态跃迁回另一实态，发出不同入射光频率的拉曼散射光。共振的拉曼散射则是电子受入射光激发从一个实态跃迁至另一个实态，然后吸收或放出一个声子从实态跃迁回至第三实态，发出不同入射光频率的拉曼散射光。相比非共振的拉曼光，共振拉曼信号可以增强102～106倍。对于共振拉曼来说，需要选择合适的激发波长使得激光光子能量与某个电子跃迁的能量相等或者相近，一般而言位于紫外和可见光范围。Micro LED芯片主要的检测对象是GaN材料，GaN的散射峰主要为E2、A1(LO)、LOPC斯托克斯峰，E2，A1是声子振动的不可约表示符号。根据GaN禁带宽度Eg为3.42eV，采用325-345nm的激光波长。这样既保证电子在实态之间的跃迁，又使得E2、A1(LO)、LOPC拉曼峰的位置有效地避开了带边光致发光峰(峰值364nm左右，峰宽10nm)。若测试反斯托克斯拉曼峰，激发光位于带边光致发光峰的短波限，波长小于350nm，产生的反斯托克斯拉曼散射光受到光致发光的干扰较小，因而具有更高的信噪比。Micro LED芯片另一个需要重点检测的材料为：InGaN材料。本发明针对于InGaN材料的E2、A1(LO)峰也做了更多的考虑，和GaN材料不同的是InGaN材料仅存在于LED的量子阱有源区，阱层的厚度仅为几个纳米，而GaN层厚度却有几个微米，因此InGaN材料的测试必须使用共振拉曼测量。对于460nm蓝光的量子阱发光，其激发光波长在405-425nm范围，以保证没有强烈的光致发光干扰，同时也不会激发GaN中的能级跃迁。对于SiO2、SiNx和ITO以及相关的钝化层以及表面工艺残留物质，应使用适当的激发波长与之匹配，以得到共振增强的拉曼信号。本发明所用激光器使用的为经过光束整形的半导体激光器，目前半导体激光器已经能够达到瓦级的功率输出，同时激光的波长也便于选择，另一个能够很方便地进行频率调制，进一步提高信噪比。
本发明增强拉曼信号的另一个方法是采用表面等离激元共振(SPR)的增强方法。表面等离激元从三个方面增强拉曼信号的强度。一是通过避雷针效应和表面镜像力效应，极大地增强激发光的强度，二是通过表面等离激元消逝场对样品极化率的极大改变，三是通过天线效应把近场的散射电场发射到远场。通过与激发能级的共振，表面等离激元共振的拉曼增强可以达到108～1014倍。本发明把金属纳米结构制备在样品的量子阱附近，以得到拉曼信号的增强，其中的金属主要包括银(Ag)、金(Au)、铂(Pt)、铜(Cu)和铝(Al)。Ag金属因具有易于制备，易于调控形貌，容易形成表面等离激元共振等优良特性，因此被广泛应用于增强InGaN/GaN LED的发光效率，并且Ag是LED常用的电极金属和光反射金属，可以用来制备垂直结构和倒装结构LED的光反射层。Ag颗粒的尺寸从几十纳米到几百纳米，对应的SPR能量从紫光到红光，覆盖了我们测试的样品的波长，对于蓝光460nm的发光波长的量子阱，Ag颗粒的尺寸在30nm～50nm，能够得到较大的SPR共振。同时采用多个针尖或天线形状的Ag结构，增强避雷针增强和天线发射效应。
本发明的micro LED芯片的拉曼信号增强的检测方法，并采用电子能级共振和表面等离激元共振的方法来增强拉曼信号，包括以下步骤：
1)在micro LED芯片的p-GaN层中嵌入周期性的金属纳米结构；
2)激光器发出平行的激发光，激发光的波长采用325～345nm，这样的激发光波长既满足与部分电子跃迁的能量相等，同时满足激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20～40nm；或者激发光的波长小于350nm，激发光的波长既满足小于其激发样品产生的荧光波长20nm以内，同时满足激发光的波长与部分电子跃迁的能量相等；
3)激发光经第一空间滤波器去除杂散光，经多面棱镜变成多束角度不同的平行光，之后经过第一分束片；
4)多束角度不同的平行光经扫描振镜，由物镜聚焦，形成多个一维排列的光斑；
5)micro LED芯片阵列作为样品位于物镜的焦平面放置在XYZ三维高速样品台上；一维排列的光斑阵列的激发光以布儒斯特角入射到样品上，所有平行于偏振面的激发光都透射到样品的内部而不是由表面反射，从而激发拉曼光，由于激发光的波长与部分电子跃迁的能量相等产生共振，并且嵌入至micro LED单元中的金属纳米结构与量子阱形成表面等离激元共振，使得拉曼光增强至荧光量级，同时光致发光产生荧光，一维排列的光斑阵列同时照射到多个micro LED芯片单元上，产生的拉曼光和荧光也为一维排列的光斑阵列；
6)荧光和拉曼光返回物镜，再依次经过扫描振镜和第一分束片，通过光路切换装置控制，由目镜收集进入至CCD摄像机，观察样品的表面形态；
7)或者，荧光和拉曼光通过光路切换装置控制，经过第二空间滤波器滤除杂散光后，依次经过纵向柱透镜和横向柱透镜对光斑进行整形，变成矩形的光斑；
8)经第二分束片分成方向不同的两束光，两束光分别进入多通道光谱仪的第一通道和第二通道；
9)第一束光经第一棱镜分光计进行分光，只保留荧光，保留的荧光由第一CCD面阵探测器接收；荧光为一维排列的光斑阵列，第一CCD面阵探测器为二维排列的像素，荧光的每一个光斑分别对应CCD面阵探测器的一列像素，将光斑按照波长分开，不同的波长对应至这一列像素的不同位置上，得到荧光的每一个波长的强度和亮度，从而得到对应的microLED芯片单元的扫描位置的荧光光谱，第一CCD面阵探测器同时得到多个对应的micro LED芯片单元的扫描位置的荧光光谱；
10)如果激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20～40nm，则采用斯托克斯拉曼结合荧光测量，第二束光经第二棱镜分光计进行分光，只保留斯托克斯拉曼光，由于激发光的波长小于其所激发样品产生的荧光的波长20～40nm，同时斯托克斯拉曼光的波长在激发光波长的30nm以内，因此能够将荧光与斯托克斯拉曼光的光谱分开，
由第二CCD面阵探测器接收；
或者，如果激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20nm以内，则采用反斯托克斯拉曼结合荧光测量，第二束光经第二棱镜分光计进行分光，只保留反斯托克斯拉曼光，由于激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长，同时反斯托克斯拉曼光的波长小于激发光波长，从而能够将荧光与反斯托克斯拉曼光的光谱分开，由第二CCD面阵探测器接收；
11)拉曼光为一维排列的光斑阵列，第二CCD面阵探测器为二维排列的像素，拉曼光的每一个光斑分别对应CCD面阵探测器的一列像素，将光斑按照波长分开，不同的波长对应至这一列像素的不同位置上，得到拉曼光的每一个波长的强度和亮度，从而得到对应的micro LED芯片单元的扫描位置的拉曼光光谱，第二CCD面阵探测器同时得到多个对应的micro LED芯片单元的扫描位置的拉曼光光谱；
12)通过控制扫描振镜，重复步骤2)～11)，一维排列的光斑阵列的激发光完成所对应的多个micro LED芯片单元的扫描；
13)进一步控制扫描振镜，重复步骤2)～12)，一维排列的光斑阵列的激发光完成microLED芯片阵列的一帧的扫描；
14)通过控制XYZ三维高速样品台，将样品移到下一帧，重复步骤2)～13)，从而完成对micro LED芯片阵列的扫描，得到micro LED芯片阵列的荧光光谱和拉曼光谱；
15)通过荧光光谱得到光学性质；
16)通过p电极区域内测量点的拉曼光谱，检测位错缺陷、p型GaN的激活浓度以及p型接触层结构，通过钝化层区域内测量点的拉曼光谱，检测钝化层的结构和刻蚀损伤，通过n电极区域内测量点的拉曼光谱，检测n型接触层结构和n-GaN层刻蚀损伤，从而根据各个测量点的拉曼光谱得到micro LED芯片整体的电学性质；
17)根据光学性质和电学性质对micro LED芯片阵列进行分类。
本发明的优点：
本发明提供的检测装置中，将多面棱镜与CCD面阵探测器结合，从而将一维排列的光斑阵列采用二维面阵的CCD面阵探测器接收，得到每一个光斑的光谱分布，不需要复杂的激光频率调制和信号解调技术，即能够得到光学性质和电学性质，极大地提高扫描速度；采用布儒斯特角入射、双柱面透镜光束整形并采用棱镜分光计减少光栅引起的次峰杂散谱，使得杂散谱的抑制水平显著提升；
本发明提出的检测方法中，将光致发光检测和拉曼检测结合，光致发光检测提供发光波长和亮度信息，拉曼检测给出电学性质，弥补了光致发光检测准确度不足的问题；采用电子能级共振以及表面等离激元共振增强拉曼技术使得拉曼散射强度有103～108的增强，部分达到了光致发光的强度，从而为快速测量奠定基础；金属纳米结构不但提高microLED芯片的发光效率，同时也可以利用表面等离激元增强拉曼散射信号，提高检测速度；显微拉曼检测是一种无损伤测试手段，检测过程简单，所需时间短，检测速度快，且不需要对micro LED芯片进行特别处理，适用于micro LED芯片的巨量检测。
附图说明
图1为本发明的micro LED芯片的显微拉曼结合光致发光检测装置的一个实施例的结构框图；图2为本发明的micro LED芯片的显微拉曼结合光致发光检测装置的多通道光谱仪的示意图；
图3为本发明的micro LED芯片的显微拉曼结合光致发光检测的一个实施例的检测方法流程图；
图4为本发明的micro LED芯片的显微拉曼结合光致发光检测方法的实施例一的倒装结构micro LED结构示意图，其中，(a)为剖面图，(b)为背面透视图；
图5为本发明的micro LED芯片的显微拉曼结合光致发光检测方法的实施例一的倒装结构micro LED测试点示意图；
图6为本发明的micro LED芯片的显微拉曼结合光致发光检测方法的实施例二的垂直结构micro LED结构示意图，其中，(a)为剖面图，(b)为背面透视图；
图7为本发明的micro LED芯片的显微拉曼结合光致发光检测方法的实施例二的垂直结构micro LED测试点示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本发明。
本实施例中的micro LED芯片的显微拉曼结合光致发光检测装置如图1所示，本实施例的micro LED芯片的显微拉曼结合光致发光检测装置包括：激光器、第一空间滤波器、多面棱镜、第一分束片、扫描振镜、物镜、XYZ三维高速样品台、控制系统、光路切换装置、目镜、CCD摄像机、第二空间滤波器、纵向柱透镜、横向柱透镜、第二分束片和多通道光谱仪；其中，多通道光谱仪包括第一棱镜分光计、第一CCD面阵探测器、第二棱镜分光计和第二CCD面阵探测器，如图2所示；控制系统分别连接至激光器、光路切换装置、扫描振镜、CCD摄像机、XYZ三维高速样品台和多通道光谱仪的第一和第二CCD面阵探测器。
激光器发出平行的激发光，激发光经第一空间滤波器去除杂散光，经多面棱镜变成多束角度不同的平行光，之后经过第一分束片；多束角度不同的平行光经扫描振镜，由物镜聚焦，形成多个一维排列的光斑；micro LED芯片阵列作为样品位于物镜的焦平面放置在XYZ三维高速样品台上；一维排列的光斑阵列的激发光以布儒斯特角入射到样品上，所有平行于偏振面的激发光都透射到样品的内部而不是由表面反射，从而激发拉曼光，并且光致发光产生荧光，一维排列的光斑阵列同时照射到多个micro LED芯片单元上，产生的拉曼光和荧光也为一维排列的光斑阵列；荧光和拉曼光进入物镜，再依次经过扫描振镜和第一分束片，通过光路切换装置控制，光路切换装置采用可移动反射镜，由目镜收集进入至CCD摄像机，观察样品的表面形态；或者，荧光和拉曼光通过光路切换装置控制，经过第二空间滤波器滤除杂散光后，依次经过纵向柱透镜和横向柱透镜对光斑进行整形，变成矩形的光斑，经第二分束片分成方向不同的两束光，之后两束光分别进入多通道光谱仪的第一通道和第二通道；第一通道包括第一棱镜分光计和第一CCD面阵探测器，第二通道包括第二棱镜分光计和第二CCD面阵探测器；第一束光经第一棱镜分光计进行分光，保留荧光并去除拉曼光等其他光，保留的荧光由第一CCD面阵探测器接收；荧光为一维排列的光斑阵列，第一CCD面阵探测器为二维排列的像素，荧光的每一个光斑分别对应CCD面阵探测器的一列像素，将光斑按照波长分开，不同的波长对应至这一列像素的不同位置上，得到荧光的每一个波长的强度和亮度，从而得到对应的micro LED芯片单元的扫描位置的荧光光谱，第一CCD面阵探测器同时得到多个对应的micro LED芯片单元的扫描位置的荧光光谱；第二束光经第二棱镜分光计进行分光，保留拉曼光并去除荧光等其他光，保留的拉曼光由第二CCD面阵探测器接收；拉曼光为一维排列的光斑阵列，第二CCD面阵探测器为二维排列的像素，拉曼光的每一个光斑分别对应CCD面阵探测器的一列像素，将光斑按照波长分开，不同的波长对应至这一列像素的不同位置上，得到拉曼光的每一个波长的强度和亮度，从而得到对应的micro LED芯片单元扫描位置的拉曼光光谱，第二CCD面阵探测器同时得到多个对应的micro LED芯片单元的扫描位置的拉曼光光谱；通过控制扫描振镜，一维排列的光斑阵列的激发光完成所对应的多个LED芯片单元的扫描，进一步控制扫描振镜，一维排列的光斑阵列的激发光完成micro LED芯片阵列的一帧的扫描，然后控制XYZ三维高速样品台，实现对micro LED芯片阵列的下一帧的扫描，从而完成对micro LED芯片阵列的扫描，得到micro LED芯片阵列的荧光光谱和拉曼光谱，通过荧光光谱得到光学性质，通过拉曼光谱得到电学性质，并根据光学性质和电学性质对micro LED芯片阵列进行分类。
一般情况下荧光强度是拉曼光的100万倍，其探测的灵敏度和杂散光的抑制要求差异较大。如图2所示，激发光激发的荧光和拉曼光经第二分束片分别进入荧光测试通道和拉曼光测试通道。第二分束片根据荧光和拉曼光的光强比值来进行光的分配，并且控制系统根据荧光和拉曼光的光强比值设定不同的积分时间。若仅有电子能级的共振，拉曼光光强比荧光弱103～104以上，拉曼测试的散射光通量及积分时间的乘积也需达到荧光测量的103～104倍。若是表面等离激元共振，拉曼光的强度增强至荧光强度相同量级或更高,不需要考虑增加拉曼光的通量或积分时间。
本实施例中基于显微拉曼结合光致发光检测装置对micro LED芯片进行检测的检测方法流程图如图3所示。
本实施例中测试样品包括两种结构的micro LED芯片，分别是倒装芯片和垂直芯片。
实施例一
本实施例中，测试样品为倒装结构的micro LED芯片。
本发明实例中，通过调节激光器的激光发射波长，选取合适激发波长的激光，使得激光光子能量与部分电子跃迁的能量相等或者相近，产生共振从而增强micro LED芯片的拉曼信号。Micro LED芯片主要的检测对象是GaN和InGaN材料，对于GaN材料的E2、A1(LO)和LOPC斯托克斯峰，E2，A1是声子振动的不可约表示符号，采用325-345nm的激光波长，而对于GaN材料的反斯托克斯拉曼峰，激发光波长小于350nm，这样采集到的拉曼信号可以得到共振增强，同时受光致发光的干扰较小。对于InGaN材料的E2、A1(LO)峰，采用的激发光波长约在405-425nm范围，以保证没有强烈的光致发光干扰，同时也不会激发GaN中的能级跃迁。对于SiO2、SiNx、ITO以及相关的钝化层以及表面工艺残留物质，同样选择适当的激发波长来得到共振增强的拉曼信号。
本实施例中，通过在p-GaN中嵌入周期性Ag金属纳米结构与InGaN/GaN量子阱形成表面等离激元共振，来增强micro LED芯片的拉曼信号强度。同时利用金属Ag的高反射率，用来制备垂直结构和倒装结构LED的光反射层，能够提高micro LED的发光效率。嵌入p-GaN的Ag金属纳米结构的尺寸在30～50nm范围内，形成针尖状或天线状阵列结构。这些周期性的Ag纳米结构造成的耦合效应会产生很强的电场，同时具有很高的散射效率，使得InGaN层拉曼增强可以达到106倍以上。增强后的拉曼信号强度可以接近光致发光强度，拉曼信号的增强能够大幅度提高显微拉曼的检测速度，满足micro LED检测的需要。
图4(a)为倒装micro LED芯片10结构剖面示意图。其中101为非故意掺杂GaN层，厚度2-10微米，正方形尺寸为20微米×20微米。102为n-GaN层，未被刻蚀的厚度为1～2微米，部分刻蚀的厚度为0.3～1微米，103为量子阱发光层，厚度为20nm～100nm。104为p-GaN层，厚度为200nm。105为p电极，包括接触层1051采用ITO或AZO，厚度约200nm，含Ag的反光层1052约200nm，键合层1053厚度约0.2～1微米。含Ag的反光层1052嵌入p-GaN层105，反光层的结构是能够与量子阱形成表面等离激元的纳米结构，嵌入Ag颗粒的尺寸在30～50nm，与InGaN/GaN的量子阱发光层形成表面等离激元共振。106为n电极，包括接触层200nm，键合层高度与105等高度，尺寸约为6×6微米正方形。107为钝化层采用SiO2或SiNx，厚度200～1000nm。图4(b)为倒装micro LED芯片10结构背面示意图，105为p电极的反射面，背面透光能够观察到101～105所有结构，以及1052与105、104相关的表面等离激元结构。106为n电极接触层，背面透光能够观察到101、102以及n-GaN的刻蚀表面。107处观察到101、102和107结构以及部分102刻蚀表面以及台面侧壁的结构。
将待检测的micro LED芯片阵列放置在XYZ三维高速样品台上，利用位置、测量空间范围进行确定。利用自聚焦的功能，确定芯片z方向的位置。对于尺寸为6英寸的microLED芯片阵列，设定测试范围为15.5cm×15.5cm。
设置起始点的位置，确定15.5cm×15.5cm测试范围右上角为顶点。根据20微米的micro LED周期，确定每一帧测试范围400μm×400μm，芯片样品的数量为20×20＝400个，扫描振镜的扫描分辨率达到每个micro LED芯片25像素×25像素。受测量仪器响应时间限制并且部分点的位置测量价值不高，这里每颗芯片测试点的数量为10个，位置如图5中的“★”所示，分别是位于p电极105不同位置共7个点，测量101～105的结构，包括位错、缺陷的测量，测量p-GaN层104处p型GaN的激活浓度以及p-GaN层104和p电极105的p型接触层结构。位于钝化层107的两个点，测量侧壁和底部的刻蚀损伤，测量钝化层107的结构，n电极106测量1个点，测量n型接触层结构和n-GaN层刻蚀损伤等。
设置PL谱的测量范围，分类标准；设定p电极105中不同位置3个点测量PL光谱，得到PL峰值波长、峰值强度，按照平均值归类。若某测量点与其他测试点出现较大差异，可判定不合格。
设置Raman谱的测量范围，分类标准；进行全部10个点的Raman测试，根据原理中的各个拉曼数据和电学性质的对应关系，对测试的micro LED芯片样品进行拉曼峰值频率、峰值强度等的归类，判定电学等级。同时对结构组分也进行标记和分类，以得到micro LED性能的更多指标。
逐行逐点对视场内的所有倒装结构芯片测试点进行PL和Raman测试，直到整个样品基板上的micro LED全部测量完毕。对样品测试进行统计、分类，生成依照各种参数指标分类的文件，绘制mapping图。
实施例二
本实施例中，测试样品为垂直结构的micro LED芯片。
本发明实例中，通过调节激光器的激光发射波长，选取合适激发波长的激光，使得激光光子能量与部分电子跃迁的能量相等或者相近，产生共振从而增强micro LED芯片的拉曼信号。Micro LED芯片主要的检测对象是GaN和InGaN材料，对于GaN材料的E2、A1(LO)和LOPC斯托克斯峰，采用325-345nm的激光波长，而对于GaN材料的反斯托克斯拉曼峰，激发光波长采用小于350nm，这样采集到的拉曼信号可以得到共振增强，同时受光致发光的干扰较小。对于InGaN材料的E2、A1(LO)峰，采用的激发光波长约在405-425nm范围，以保证没有强烈的光致发光干扰，同时也不会激发GaN中的能级跃迁。对于SiO2、SiNx、ITO以及相关的钝化层以及表面工艺残留物质，同样选择适当的激发波长来得到共振增强的拉曼信号。
本实施例中，通过在p-GaN中嵌入周期性Ag金属纳米结构与InGaN/GaN量子阱形成表面等离激元共振，来增强micro LED芯片的拉曼信号强度。同时利用金属Ag的高反射率，用来制备垂直结构和倒装结构LED的光反射层，能够提高micro LED的发光效率。嵌入p-GaN的Ag金属纳米结构的尺寸在30～50nm范围内，形成针尖状或天线状阵列结构。这些周期性的Ag纳米结构造成的耦合效应会产生很强的电场，同时具有很高的散射效率，因此会使得InGaN层拉曼增强可以达到106倍以上。增强后的拉曼信号强度可以接近光致发光强度，拉曼信号的增强能够大幅度提高显微拉曼的检测速度，满足micro LED检测的需要。
图6(a)为垂直结构micro LED芯片20的结构剖面示意图，其中201为非故意掺杂GaN层，厚度2～10微米，正方形尺寸为20微米×20微米。202为n-GaN层，厚度为1～2微米，203为量子阱发光层，厚度20nm～100nm。204为p-GaN层，厚度为200nm。205为p电极，包括接触层ITO或AZO层2051，厚度约200nm，含Ag的反光层2052约200nm，键合层2053厚度约0.2～1微米。206为n电极，包括接触层200nm，键合层厚度约0.2～1微米，直径约为8微米圆形。含Ag的反光层2052嵌入p型层204或者发光层203，反光层的结构是能够与量子阱发光层形成表面等离激元的纳米结构，嵌入Ag颗粒的尺寸在30～50nm，与InGaN/GaN量子阱结构共振，如图6(a)所示。207为钝化层采用SiO2或SiNx，厚度200～1000nm，位于垂直结构micro LED芯片的上下表面。图6(b)为垂直结构micro LED芯片20的结构背面示意图，背面透光能够观察到201～205以及207所有结构，以及含Ag的反光层2052与p电极205，p-GaN层204相关的表面等离激元结构。边沿区域为钝化层207，背面透光能够观察201～204的所有结构。
将待检测的micro LED芯片阵列放置在XYZ三维高速样品台上，利用位置、测量空间范围进行确定。利用自聚焦的功能，确定芯片z方向的位置。对于尺寸为6英寸的microLED芯片阵列，设定测试范围为15.5cm×15.5cm。
设置起始点的位置，确定15.5cm×15.5cm测试范围右上角为顶点。根据20微米的micro LED周期，确定每一帧测试范围400μm×400μm，芯片样品的数量为20×20＝400个，振镜的扫描分辨率达到每个芯片25像素×25像素。和上述倒装芯片一样，每颗芯片测试点的数量为10个，位置如图7中的“★”所示，分别是位于205顶部不同位置共6个点，测量201-204的结构，包括位错、缺陷的测量，测量204处p型GaN的激活浓度，p-GaN层204和p电极205的p型接触层结构。位于钝化层207的边沿区域4个点，测量侧壁的刻蚀损伤，测量钝化层207的结构，测量非故意掺杂GaN层201和n-GaN层202分割的应力、缺陷结构等。
设置PL谱的测量范围，分类标准；设定p电极205中不同位置3个点测量PL光谱，得到PL峰值波长，峰值强度，按照平均值归类。若某测量点与其他测试点出现较大差异，可判定不合格。
设置Raman谱的测量范围，分类标准；进行全部10个点的Raman测试，根据原理中的各个拉曼数据和电学性质的对应关系，进行拉曼峰值频率、峰值强度等的归类，判定电学等级。同时对结构组分也进行标记和分类，以得到micro LED性能的更多指标。
逐行逐点对视场内的所有垂直结构芯片测试点进行PL和Raman测试，直到整个样品基板上的micro LED全部测量完毕。对样品测试进行统计、分类，生成依照各种参数指标分类的文件，绘制mapping图。
最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种micro LED芯片的拉曼信号增强的检测方法，其特征在于，并采用电子能级共振和表面等离激元共振的方法来增强拉曼信号，所述检测方法包括以下步骤：
1)在micro LED芯片的p-GaN层中嵌入周期性的金属纳米结构；
2)激光器发出平行的激发光，激发光的波长小于350nm，激发光的波长既满足小于其激发样品产生的荧光波长20nm以内，同时满足激发光的波长与部分电子跃迁的能量相等；
3)激发光经第一空间滤波器去除杂散光，经多面棱镜变成多束角度不同的平行光，之后经过第一分束片；
4)多束角度不同的平行光经扫描振镜，由物镜聚焦，形成多个一维排列的光斑；
5)micro LED芯片阵列作为样品位于物镜的焦平面放置在XYZ三维高速样品台上；一维排列的光斑阵列的激发光以布儒斯特角入射到样品上，所有平行于偏振面的激发光都透射到样品的内部而不是由表面反射，从而激发拉曼光，由于激发光的波长与部分电子跃迁的能量相等产生共振，并且嵌入至micro LED单元中的金属纳米结构与量子阱形成表面等离激元共振，使得拉曼光增强至荧光量级，同时光致发光产生荧光，一维排列的光斑阵列同时照射到多个micro LED芯片单元上，产生的拉曼光和荧光也为一维排列的光斑阵列；
6)荧光和拉曼光返回物镜，再依次经过扫描振镜和第一分束片，通过光路切换装置控制，
由目镜收集进入至CCD摄像机，观察样品的表面形态；
7)或者，荧光和拉曼光通过光路切换装置控制，经过第二空间滤波器滤除杂散光后，依次经过纵向柱透镜和横向柱透镜对光斑进行整形，变成矩形的光斑；
8)经第二分束片分成方向不同的两束光，两束光分别进入多通道光谱仪的第一通道和第二通道；
9)第一束光经第一棱镜分光计进行分光，只保留荧光，保留的荧光由第一CCD面阵探测器接收；荧光为一维排列的光斑阵列，第一CCD面阵探测器为二维排列的像素，
荧光的每一个光斑分别对应CCD面阵探测器的一列像素，将光斑按照波长分开，不同的波长对应至这一列像素的不同位置上，得到荧光的每一个波长的强度和亮度，从而得到对应的micro LED芯片单元的扫描位置的荧光光谱，第一CCD面阵探测器同时得到多个对应的micro LED芯片单元的扫描位置的荧光光谱；
10)当激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20～40nm，则采用斯托克斯拉曼结合荧光测量，第二束光经第二棱镜分光计进行分光，只保留斯托克斯拉曼光，由于激发光的波长小于其所激发样品产生的荧光的波长20～40nm，同时斯托克斯拉曼光的波长在激发光波长的30nm以内，因此能够将荧光与斯托克斯拉曼光的光谱分开，
由第二CCD面阵探测器接收；
或者，当激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20nm以内，则采用反斯托克斯拉曼结合荧光测量，第二束光经第二棱镜分光计进行分光，只保留反斯托克斯拉曼光，由于激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长，同时反斯托克斯拉曼光的波长小于激发光波长，从而能够将荧光与反斯托克斯拉曼光的光谱分开，由第二CCD面阵探测器接收；
11)拉曼光为一维排列的光斑阵列，第二CCD面阵探测器为二维排列的像素，拉曼光的每一个光斑分别对应CCD面阵探测器的一列像素，将光斑按照波长分开，不同的波长对应至这一列像素的不同位置上，得到拉曼光的每一个波长的强度和亮度，从而得到对应的microLED芯片单元的扫描位置的拉曼光光谱，第二CCD面阵探测器同时得到多个对应的microLED芯片单元的扫描位置的拉曼光光谱；
12)通过控制扫描振镜，重复步骤2)～11)，一维排列的光斑阵列的激发光完成所对应的多个micro LED芯片单元的扫描；
13)进一步控制扫描振镜，重复步骤2)～12)，一维排列的光斑阵列的激发光完成microLED芯片阵列的一帧的扫描；
14)通过控制XYZ三维高速样品台，将样品移到下一帧，重复步骤2)～13)，从而完成对micro LED芯片阵列的扫描，得到micro LED芯片阵列的荧光光谱和拉曼光谱；
15)通过荧光光谱得到光学性质；
16)通过多个测量点的拉曼光谱得到相应的电学性质；
17)根据光学性质和电学性质对micro LED芯片阵列进行分类。
2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，通过金属纳米结构改变样品极化率；并且金属纳米结构采用多个针尖或天线形状，增强避雷针增强和天线发射效应；表面等离激元共振效应增强量子阱区的拉曼信号和荧光信号强度，或者增强GaN层和钝化层的拉曼信号强度。
3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，在步骤16)中，通过p电极区域内测量点的拉曼光谱，检测位错缺陷、p型GaN的激活浓度以及p型接触层结构；通过钝化层区域内测量点的拉曼光谱，检测钝化层的结构和刻蚀损伤，通过n电极区域内测量点的拉曼光谱，检测n型接触层结构和n-GaN层刻蚀损伤，从而根据各个测量点的拉曼光谱得到microLED芯片整体的电学性质。
4.一种micro LED芯片的拉曼信号增强的检测装置，其特征在于，所述micro LED芯片的拉曼增强的检测装置包括：激光器、第一空间滤波器、多面棱镜、第一分束片、扫描振镜、物镜、XYZ三维高速样品台、控制系统、光路切换装置、目镜、CCD摄像机、第二空间滤波器、纵向柱透镜、横向柱透镜、第二分束片和多通道光谱仪；控制系统分别连接至激光器、光路切换装置、扫描振镜、CCD摄像机、XYZ三维高速样品台和多通道光谱仪；多通道光谱仪包括第一通道和第二通道；第一通道包括第一棱镜分光计和第一CCD面阵探测器，第二通道包括第二棱镜分光计和第二CCD面阵探测器；激光器发出平行的激发光，激发光的波长小于350nm，激发光的波长既满足小于其激发样品产生的荧光波长20nm以内，同时满足激发光的波长与部分电子跃迁的能量相等；激发光经第一空间滤波器去除杂散光，经多面棱镜变成多束角度不同的平行光，经第一分束片后再通过扫描振镜，由物镜聚焦，形成多个一维排列的光斑；micro LED芯片阵列作为样品放置在XYZ三维高速样品台上；一维排列的光斑阵列的激发光以布儒斯特角入射到样品上，所有平行于偏振面的激发光都透射到样品的内部而不是由表面反射，从而激发拉曼光，由于激发光的波长与部分电子跃迁的能量相等产生共振，并且嵌入至micro LED单元中的金属纳米结构与量子阱形成表面等离激元共振，使得拉曼光增强至荧光量级，同时光致发光产生荧光，一维排列的光斑阵列同时照射到多个micro LED芯片单元上，产生的拉曼光和荧光也为一维排列的光斑阵列；荧光和拉曼光进入物镜，再经过扫描振镜和第一分束片后，通过光路切换装置控制，由目镜收集进入至CCD摄像机，观察样品的表面形态；或者，荧光和拉曼光通过光路切换装置控制，经过第二空间滤波器滤除杂散光后，依次经过纵向柱透镜和横向柱透镜对光斑进行整形，变成矩形的光斑，经第二分束片分成方向不同的两束光，之后两束光分别进入多通道光谱仪的第一通道和第二通道；第一束光经第一棱镜分光计进行分光，只保留荧光，并由第一CCD面阵探测器接收；荧光为一维排列的光斑阵列，第一CCD面阵探测器为二维排列的像素，荧光的每一个光斑分别对应CCD面阵探测器的一列像素，将光斑按照波长分开，不同的波长对应至这一列像素的不同位置上，得到荧光的每一个波长以及对应的亮度信息，从而得到对应的micro LED芯片单元的扫描位置的荧光光谱，第一CCD面阵探测器同时得到多个对应的micro LED芯片单元的扫描位置的荧光光谱；当激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20～40nm，则采用斯托克斯拉曼结合荧光测量，第二束光经第二棱镜分光计进行分光，只保留斯托克斯拉曼光，由于激发光的波长小于其所激发样品产生的荧光的波长20～40nm，同时斯托克斯拉曼光的波长在激发光波长的30nm以内，因此能够将荧光与斯托克斯拉曼光的光谱分开，由第二CCD面阵探测器接收；或者，当激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长20nm以内，则采用反斯托克斯拉曼结合荧光测量，第二束光经第二棱镜分光计进行分光，只保留反斯托克斯拉曼光，由于激发光的波长小于其激发样品产生的荧光波长，同时反斯托克斯拉曼光的波长小于激发光波长，从而能够将荧光与反斯托克斯拉曼光的光谱分开，由第二CCD面阵探测器接收；拉曼光为一维排列的光斑阵列，第二CCD面阵探测器为二维排列的像素，拉曼光的每一个光斑分别对应CCD面阵探测器的一列像素，将光斑按照波长分开，不同的波长对应至这一列像素的不同位置上，得到拉曼光的每一个波长的强度和亮度，从而得到对应的microLED芯片单元的扫描位置的拉曼光光谱，第二CCD面阵探测器同时得到多个对应的microLED芯片单元的扫描位置的拉曼光光谱；通过控制扫描振镜，一维排列的光斑阵列的激发光完成所对应的多个micro LED芯片单元的扫描，进一步控制扫描振镜，一维排列的光斑阵列的激发光完成micro LED芯片阵列的一帧的扫描，然后控制XYZ三维高速样品台，实现对micro LED芯片阵列的下一帧的扫描，从而完成对micro LED芯片阵列的扫描，得到micro LED芯片阵列的荧光光谱和拉曼光谱，通过荧光光谱得到光学性质，通过microLED芯片单元上多个测量点的拉曼光谱得到相应的电学性质，并根据光学性质和电学性质对micro LED芯片阵列进行分类。
5.如权利要求4所述的micro LED芯片的拉曼信号增强的检测装置，其特征在于，所述激光器采用半导体激光器，以保证激发光的波长在近紫外至可见光区连续可调。
6.如权利要求4所述的micro LED芯片的拉曼信号增强的检测装置，其特征在于，所述第一空间滤波器包括第一透镜、第一滤光狭缝和第二透镜；平行的激发光由第一透镜汇聚至第一滤光狭缝处，第一滤光狭缝去除杂散光，再经第二透镜汇聚成平行光出射。
7.如权利要求4所述的micro LED芯片的拉曼信号增强的检测装置，其特征在于，所述第二空间滤波器包括第三透镜、第二滤光狭缝和第四透镜；平行的激发光由第三透镜汇聚至第二滤光狭缝处，第二滤光狭缝去除杂散光，再经第四透镜汇聚成平行光出射。
8.如权利要求4所述的micro LED芯片的拉曼信号增强的检测装置，其特征在于，所述多面棱镜采用多面柱体棱镜，具有底面和多个棱面；入射面为底面，出射面具有N个倾斜角度不同的平面，从而变成N束角度不同的平行光，从而将扫描速度提高N倍，N为10～20的自然数，均匀分布在激光扫描场内。
9.如权利要求4所述的micro LED芯片的拉曼信号增强的检测装置，其特征在于，所述光路切换装置采用可移动反射镜，当反射镜移出光路，荧光和拉曼光由目镜收集进入至CCD摄像机；当反射镜以45°放置在光路中，荧光和拉曼光进入多通道光谱仪。
10.如权利要求4所述的micro LED芯片的拉曼信号增强的检测装置，其特征在于，所述纵向柱透镜和横向柱透镜均采用柱透镜，二者的光轴互相垂直，并都垂直于光路，从而对光斑进行整形，整形后的光斑为矩形。
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