發(fā)光二極管參數(shù)的測量

發(fā)光二極管參數(shù)的測量一發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)和基本原理1發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)光P電極（＋）光P電極（＋）N電極(-)有源層N型隔離層P型隔離層N型襯底圖1邊發(fā)射LED結(jié)構(gòu)截面2LED的基本工作原理LED是一種直接注入電流的發(fā)光器件，是半導體晶體內(nèi)部受激電子從高能級回復到低能級時，發(fā)射出光子的結(jié)果，這就是通常所說的自發(fā)發(fā)射躍遷。當LED的PN結(jié)加上正向偏壓，注入的少數(shù)載流子和多數(shù)載流子（電子和空穴）復合而發(fā)光。值得注意的是，對于大量處于高能級的粒子各自分別自發(fā)發(fā)射一列一列角頻率為ν＝Eg/h的光波，但各列光波之間沒有固定的相位關(guān)系，可以有不同的偏振方向，并且每個粒子所發(fā)射的光沿所有可能的方向傳播，這個過程稱為自發(fā)發(fā)射。其發(fā)射波長可用下式來表示：λ(μm)＝1.2396/Eg(eV)二發(fā)光二極管的特性及測試方法1LED的光譜特性及測試方法由于LED沒有光學諧振腔選擇波長，所以它的光譜是以自發(fā)發(fā)射為主的光譜，圖2顯示出了LED的典型光譜曲線。發(fā)光光譜曲線上發(fā)光強度最大時所對應的波長稱為發(fā)光峰值波長，光譜曲線上兩個半光強點所對應的波長差稱為譜線寬度（簡稱線寬），其典型值在30－40nm之間。峰值波長和譜線寬度的測試方法如圖3所示，當被測器件的正向工作電流達到規(guī)定值時，旋轉(zhuǎn)單色儀波鼓，使指示器達到最大值，讀出波長峰值，此即為該器件的發(fā)光峰值波長。在旋轉(zhuǎn)單色儀波鼓（朝相反方向各轉(zhuǎn)一次），使指示器讀數(shù)為最大值的一半時，讀出兩個等于最大值一半的數(shù)值，兩者之差即為光譜譜線寬度。0.50.51相對功率圖2LED的光譜曲線波長25℃60℃單色儀單色儀恒流源LED探測器指示器圖3LED的峰值波長和線寬測試方框圖由圖2可以看出，當器件溫度升高時，光譜曲線隨之向右移動，從峰值波長的變化可以求出LED的波長溫度系數(shù)。2LED的伏安特性及測試方式恒流源VmA圖5LED的正向壓降測試原理IV圖4LED的伏安特性曲線LED通常都具有圖4所示的較好的伏安特性。當LED管芯通過正向電流為規(guī)定的值時，正、負極之間產(chǎn)生的電壓降，即為正向亞降（以VF恒流源VmA圖5LED的正向壓降測試原理IV圖4LED的伏安特性曲線調(diào)制方式。調(diào)制頻率或調(diào)制帶寬是光通信用LED的重要參數(shù)之一，它關(guān)系到LED在光通信中的傳輸速度大小，LED因受有源區(qū)內(nèi)少子壽命的限制，其調(diào)制的最高頻率通常只有幾十兆赫茲，從而限制了LED在高比特速率系統(tǒng)中的應用，但是，通過合理的設(shè)計和優(yōu)化的驅(qū)動電路，LED也有可能用于高速光纖通信系統(tǒng)。調(diào)制帶寬是衡量LED的調(diào)制能力，其定義是在保證調(diào)制度不變的情況下，當LED輸出的交流光功率下降到某一低頻參考頻率值的一半時(-3dB）的頻率就是LED的調(diào)制帶寬，圖11示出了調(diào)制帶寬的測試原理圖。圖中L為頻扼線圈，C為隔直流電容，RC為負載匹配電阻。測量的方式是調(diào)節(jié)恒流源，使電流表讀數(shù)為規(guī)定值，從選定的低頻開始，調(diào)節(jié)信號源輸出，把輸出的正弦調(diào)制光對準探測器的光敏面，改變信號源的頻率，并保證調(diào)制度不變，當指示器上指示的光功率下降到選定的低頻參考頻率值的-3dB時，信號源的頻率即為光的帶寬。測量要求是：選擇Rc使LED回路與信號源輸出阻抗匹配光電探測器（包括輸出回路）的頻率響應比被測LED至少高5倍；指示器應能對光功率或電功率的交流成分相對值進行直接指示。光輸出光輸出電流電流電流時間LED輸出波形時間圖10aLED數(shù)字調(diào)制驅(qū)動電流LED輸出波形LED輸出波形電流電流電流驅(qū)動電流時間光輸出圖10aLED模擬調(diào)制三實驗內(nèi)容和步驟1測量LED的峰值波長和線寬2測量LED的伏安特性3測量LED的P－I曲線（直流和交流）4測量LED的半值角5測量LED的調(diào)制特性