激光二極管正向電特性的檢測及分析范文

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《激光生物學報》2017年第3期

摘要：激光二極管是采用化合物材料制作成的多量子阱結構的器件，其具有成本低、功耗低、發光均勻以及穩定性高的優勢，在正向偏壓下可產生藍、紅、綠等光，是一種應用價值較高的光電子器件。對激光二極管的正向電特性進行研究，能夠掌握內部物理機制，增強激光二極管的性能。為增強激光二極管的性能，采用表征方法對發光二極管的電學特性實施精確檢測。采用正向交流小信號C-V融合直流I-V特性的方法，獲取激光二極管的電參數。結果表明，不同顏色的激光二極管在低頻率以及高電壓時產生顯著的負電容，同電壓間呈現指數關系；不同頻率下的表觀電導，在高電壓下隨著電壓的增大而呈現指數提升，在低電壓和高頻率時對表觀電導造成微弱干擾。

關鍵詞：激光二極管；正向電；特性；檢測

1引言

激光二極管是采用化合物材料制作成的多量子阱結構的器件，其具有成本低、功耗低、發光均勻以及穩定性高的優勢，在正向偏壓下可產生藍、紅、綠等光，是一種應用價值較高的光電子器件。對激光二極管的正向電特性進行研究，能夠掌握內部物理機制，增強激光二極管的性能[1]。以往通常采用直流下的電流-電壓(I-V)法，分析激光二極管的正向電特性，然而從直流I-V曲線圖中獲取的信息量有限，并且需要設置大量的假設條件，導致該種方法無法對激光二極管的正向電特性進行準確檢測[2]。因此，尋求有效的方法，準確檢測激光二極管的正向電特性，變得尤為重要。

2激光二極管正向電特性的檢測

2.1并聯模式的正向交流小信號檢測

通常情況下的p-n結激光二極管的等效電路是由結電容C、結電導G以及串聯電阻rs構成。（1）反向或小正向電壓下，激光二極管的結電導G值較低[4,5]，存在1,r1ssrGC。（2）高電壓情況下結電導G的主要表現是微分電導，其隨電壓呈現指數增長[6]。此時式(3)中的條件將無法滿足，若該種情況下存在較高的結電導G和較低的結電容C。

2.2激光二極管電參數估計

通過上述描述的正向交流小信號法無法獲取激光二極管的結特性[8,9]，激光二極管是一種兩端子器件，其I-V特性同p-n結器件存在相似性。因此，采用正向交流小信號C-V融合直流I-V特性的方法[10]，獲取激光二極管的串聯電阻(V)sr、理論型因子n(V)以及結電容C(V)等參量隨電壓V的變化關系是：將理論型因子n以及串聯電阻rs當成受到外部電壓和電流變化而出現變化的量。

3激光二極管正向特性的檢測實驗

藍激光二極管的表觀電容在不同頻率狀態下隨著電壓的變化而變化的曲線。電壓值比3.0V小的情況下，各頻率狀態下的C-V曲線基本一致。因為在低電壓情況下，擴散電容以及負電容對激光二激光電容的價值度較低，激光二極管的端電容同耗盡層電容間具有較高的關聯性[15]，而第正向偏壓以及反向偏壓狀態下的耗盡層電容能夠保持平穩，所以各頻率下的電容曲線間具有較低的差異性。電壓值比3.0V高的情況下，從圖1(a)中可以看到10kHz頻率狀態時，實驗檢測的藍激光二極管未出現負電容，其電容值隨著電壓值的提升而呈現指數提升的趨勢[16]；但是在100Hz和1kHz的低頻率下，藍激光二極管的負電容值隨著電壓的增加而增加，能夠看出藍激光二極管產生負電容情況下的電壓同頻率間的具有較強的關聯性。藍激光二極管的總中斷電容是耗盡層電容、擴散電容以及負電容的匯總，耗盡層電容具有較高的穩定性,擴散電容在電壓值提升情況下，呈現指數提升的狀態[17]。

當電壓值呈現大幅度提升趨勢時，負電容對終端電容的影響力逐漸提升，最終高于正擴散電容對總電容的影響力，該種情況下電容將呈現大幅度降低趨勢，形成負電容。在100Hz以及1kHz的低頻率狀態時，藍激光二極管在較小電壓時形成負電容，隨著電壓的增加，負電容出現了顯著的下降趨勢。繪制藍激光二極管的正電容對數ln|Cp|-V曲線，分析藍極光二極管的電容同電壓間的關系。能夠看出，在1kHz以及100Hz狀態時，由于電壓值的不斷增加，激光二極管的負電容的絕對值也逐漸增加，各頻率下的ln|Cp|-V曲線呈現平行狀態。擬合曲線性波動范圍能夠看出隨著電壓的提升，負電容出現指數提升趨勢，負電容和電壓間的關系可用mVpCe描述。基于肖克萊p-n結原理可得電容C同exp(qV/nkT)存在正相關性[18]。其中q表示電子電量，n是理論型因子，k是波爾滋蔓常數，T和V分別表示絕對溫度和結電壓，高電壓狀態下，對對數ln|Cp|-V曲線實施擬合操作，能夠獲取其斜率m的值是10，因此得到理論型因子n為4。

4結束語

本文采用正向交流小信號C-V融合直流I-V特性的方法，獲取激光二極管的電參數。通過實驗對不同顏色的激光二極管正向電特性進行檢測研究，獲取的結論為：固定頻率狀態下，激光二極管的電容隨著電壓的提升出現先升后降的趨勢，最終降低到負值。負電容在電壓不斷提升下呈現出顯著的表觀特性。隨著電壓的提升表觀電阻呈現指數提升趨勢。

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作者：段文群1，楊建峰2 單位：1.漢江師范學院，2.華為機器有限公司