Led載流子壽命測試系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及測試系統，更具體地，設及一種發光二極管化ED)載流子壽命測試系 統。
【背景技術】
[0002] Lm)被公認是光技術領域的一次根本性變革。它不但改變了傳統照明方式，還對節 能環保做出了巨大貢獻。大功率LED的研究和發展進一步使其應用擴展到了交通信號燈、路 燈照明、汽車前燈、室外大屏幕顯示、光投射顯示等重要領域。然而，如圖1所示，大電流注入 下，L抓的內量子效率（Internal quantum efficien巧，I犯）會隨注入水平的提高而下降， 并且電流越大，I犯損失越嚴重一一Droop效應，運嚴重制約著大功率L抓的發展及應用。因 此，如何在進一步提高ΠI族氮化物LED光效的同時，解決大驅動電流下LED Droop問題成為 了發展L抓照明技術的當務之急。此外，隨著無線光互聯技術發展，L抓作為典型的近距離、 高速率、低成本無線光信號發射器件，如何分析并提高其極限帶寬也需要深入研究L邸內部 載流子的復合行為。
[0003] 目前關于Lm)復合行為的研究方法主要包括：（1)設計特定器件結構，在特定測試 條件(溫度、注入水平等)下對比分析器件的一系列發光峰，獲得不同條件下L邸內載流子復 合行為的定性認識；（2)在測試得到的外量子效率化xternal quantum efficien巧，E犯）隨 注入電流變化關系的基礎上做出一定假設，利用第一性原理、一階微擾計算或對ABC速率模 型進行擬合來分析不同物理過程的影響。根據已有的研究，關于LED Droop效應的成因主要 分為俄歇復合和載流子泄露兩種認知。由于現有實驗手段缺乏對不同物理過程影響的有效 對比，而數值計算往往基于過多假設使得分析過程不可靠，最終導致相關研究難W獲得對 L邸載流子復合規律的準確認知，從而很難提出一個合理的優化方案。此外，由于對L邸載流 子行為認識不足，不能有效區分當前限制Lm)調制帶寬的主要因素(寄生電阻-電容引起的 RC延遲和載流子復合速率），從而也缺乏對L邸調制速率的有效優化。
[0004] 分析L邸的載流子壽命可W準確得到Lm)的復合速率，通過與測試得到的調制帶寬 進行對比，可W有效得出限制其帶寬的主要因素，同時明確其調制帶寬的理論極限。此外， 俄歇復合會提高LED內載流子的復合速率，使載流子壽命下降;載流子泄露只會影響被有源 區捕獲的載流子濃度，而不會影響載流子壽命，從而，分析載流子壽命的變化規律可W有效 將上述物理過程的影響清楚地區分開。而且，載流子壽命在不同條件下的變化規律可W給 理論分析提供一些額外的物理信息，從而消除一些不必要的假設，使得分析更為可靠。
[0005] 目前，L抓載流子壽命測試的主要方法是時間分辨光致巧光分析(Time resolved 地otoluminance，TRPL)。采用該方法能夠準確獲得有源區內光生載流子的壽命，但是由于 該過程忽略了載流子的注入特性，所W在對化OOP效應的分析中（尤其是電激發下的化OOP 效應)存在著很大的局限性。測試電激發下Lm)載流子壽命的主要方法是阻抗分析法，即采 用圖2所示的阻抗模型來對L抓進行建模，擬合模型中的Rd和C來計算對應的RC常數并將其 作為載流子壽命。由于該模型做了過多的近似和簡化，使得該分析過程存在較大的近似誤 差，加之L邸忍片外部一些額外寄生電容(電極焊盤等)的影響，測試結果的準確性較低。
【發明內容】
[0006] 本發明公開了一種發光二極管Lm)載流子壽命測試系統，包括:信號源裝置、隔離 裝置、電壓-電流轉換裝置、光信號探測裝置、放大裝置、W及信號處理裝置。信號源裝置輸 出在直流電壓信號上調制的交流電壓小信號，經隔離裝置施加到電壓-電流轉換裝置，W轉 換為電流驅動被測LED發光，并產生第一電壓信號，該第一電壓信號的變化反映流過被測 L邸的電流變化。交流電壓小信號的峰峰值幅度不超過直流電平的十分之一。光信號探測裝 置探測被測Lm)發出的光，相應地生成光生電流，并產生第二電壓信號，該第二電壓信號的 變化反映光生電流的變化。放大裝置分別對第一電壓信號和第二電壓信號進行放大并輸入 到信號處理裝置的差分輸入端。信號處理裝置獲得第一電壓信號和第二電壓信號之間的相 位差。
【附圖說明】
[0007] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，W下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發明進一步詳細說明，其中：
[000引圖1示意性示出了LED的化OOP效應。
[0009] 圖2示意性示出了 L邸的阻抗模型。
[0010] 圖3示意性示出了根據本發明實施例的LED載流子壽命現聯系統的電路圖。
【具體實施方式】
[0011] 根據結合附圖對本發明示例性實施例的W下詳細描述，本發明的其它方面、優勢 和突出特征對于本領域技術人員將變得顯而易見。
[0012] 在本發明中，術語"包括"和"含貧'及其派生詞意為包括而非限制；術語"或"是包 含性的，意為和/或。
[0013] 在本說明書中，下述用于描述本發明原理的各種實施例只是說明，不應該W任何 方式解釋為限制發明的范圍。參照附圖的下述描述用于幫助全面理解由權利要求及其等同 物限定的本發明的示例性實施例。下述描述包括多種具體細節來幫助理解，但運些細節應 認為僅僅是示例性的。因此，本領域普通技術人員應認識到，在不背離本發明的范圍和精神 的情況下，可W對本文中描述的實施例進行多種改變和修改。
[0014] 圖3示意性示出了根據本發明實施例的L邸載流子壽命測試系統300的電路圖。
[0015] 如圖3所示，Lm)載流子壽命測試系統300包括信號源裝置310、隔離裝置320、電壓- 電流轉換裝置330、光信號探測裝置340、放大裝置350、W及信號處理裝置360。
[0016] 信號源裝置310輸出在直流電壓信號上調制的交流電壓小信號。根據本發明的實 施例，信號源裝置310包括第一運算放大器0PAMP1、第一電阻器R1、第二電阻器R2、第Ξ電阻 器R3、第四電阻器R4、第五電阻器R5、第六電阻器R6、交流信號源AC和直流信號源DC。第一電 阻器R1連接在第一運算放大器0PAMP1的反相輸入端與地之間。第二電阻器R2和交流信號源 AC串聯連接在第一運算放大器0PAMP1的正相輸入端與地之間。第Ξ電阻器R3和直流信號源 DC串聯連接在第一運算放大器0PAMP1的正相輸入端與地之間。第四電阻器R4連接在第一運 算放大器OPAMPl的正相輸入端與地之間。第五電阻器R5連接在第一運算放大器OPAMPl的反 相輸入端與其輸出端之間。第六電阻器R6連接在第一運算放大器0PAMP1的輸出端與信號源 裝置310的輸出端之間。通過控制交流信號源AC的交流信號幅度、頻率W及直流信號源DC的 直流信號電平，將交流信號調制到直流信號上。根據本發明的實施例，交流信號峰峰值幅度 例如為320mV，頻率測試范圍例如為300曲Z~IMHz。直流信號電平例如為4.0VdW上交流信 號峰峰值幅度的取值范圍和直流信號的電平取值范圍僅是示例性的，本領域技術人員可W 根據實際情況設定其他合適的取值范圍。根據本發明的實施例，交流電壓小信號的峰峰值 幅度不超過直流電平的十分之一，否則交流信號幅度過大會影響對實際工作電流值的準確 控制。此外，使用基于運算放大器實現的同相加法器來完成信號調制，既有助于控制交流小 信號幅度，又可W保證調制信號的穩定。
[0017] 隔離裝置320包括第二運算放大器0PAMP2,其正相輸入端連接到信號源裝置310的 輸出端，反相輸入端連接到隔離裝置320的輸出端，構成一個電壓跟隨器，用于提高輸入電 阻、降低輸出電阻，穩定信號電壓。
[0018] 電壓-電流轉換裝置330包括PNP晶體管T1，其發射極通過上拉電阻器Rad連接到第 一工作電壓Vccl。被測Lm)和檢測電阻器Rd串聯連接在PNP晶體管T1的集電極與地之間，其 中被巧忙邸的正極連接至化NP晶體管T1的集電極。PNP晶體管T1的基極連接到隔離裝置320的 輸出端。檢測電阻器Rd上的電壓變化反映流經被測L邸的電流變化。
[0019] 第一工作電壓Vccl為已知電壓，PNP晶體管T1的發射極和集電極之間的電壓為固 定值(例如，約0.7V)，運樣，在確定了隔離輸出和Vccl之后，就可W根據需要的電流計算出 Rad，即可W通過調節Rad來調節流過L邸的電流。
[0020] 發