半導體發(fā)光二極管測試方法
摘要
系統(tǒng)地介紹了與發(fā)光二極管測試有關的術語和定義,在此基礎上,詳細介紹了測試方法和測試裝置的要求。
1 前 言
半導體發(fā)光二極管是一種重要的光電子器件,它在科學研究和工農業(yè)生產中均有非常廣泛的應用.發(fā)光二極管雖小,但要準確測量它的各項光和輻射參數并非一件易事.目前在世界范圍內的測試比對還有較大的差異.鑒于此,CIE(國際照明委員會)TC2-34小組對此進行了研究,所提出的技術報告形成了CIE127-1997文件.
中國光學光電子行業(yè)協(xié)會光電器件專業(yè)分會根據國內及行業(yè)內部的實際情況,初步制定了行業(yè)標準"發(fā)光二極管測試方法",2002年起在行業(yè)內部試行.本文敘述了與發(fā)光二極管測試有關的術語和定義,在此基礎上,詳細介紹了測試方法和測試裝置的要求,以期收到拋磚引玉之效果.
本文涉及的測試方法適用于紫外/可見光/紅外發(fā)光二極管及其組件,其芯片測試可以參照進行。
2 術語和定義
2.1發(fā)光二極管 LED
除半導體激光器外，當電流激勵時能發(fā)射光學輻射的半導體二極管。嚴格地講，術語LED應該僅應用于發(fā)射可見光的二極管；發(fā)射近紅外輻射的二極管叫紅外發(fā)光二極管（IRED,Infrared Emitting Diode）；發(fā)射峰值波長在可見光短波限附近，由部份紫外輻射的二極管稱為紫外發(fā)光二極管；但是習慣上把上述三種半導體二極管統(tǒng)稱為發(fā)光二極管。
2.2光軸 Optical axis
最大發(fā)光（或輻射）強度方向中心線。
2.3正向電壓VF Forward voltage
通過發(fā)光二極管的正向電流為確定值時，在兩極間產生的電壓降。
2.4反向電流IR Reverse current
加在發(fā)光二極管兩端的反向電壓為確定值時，流過發(fā)光二極管的電流。
2.5反向電壓VR Reverse voltage
被測LED器件通過的反向電流為確定值時，在兩極間所產生的電壓降。
2.6總電容C Capacitance
在規(guī)定正向偏壓和規(guī)定頻率下，發(fā)光二極管兩端的電容。
2.7開關時間 Switching time
涉及以下概念的最低和最高規(guī)定值是10％和90％，除非特別注明。
2.7.1開啟延遲時間td(on) Turn-on delay time
輸入脈沖前沿最低規(guī)定值到輸出脈沖前沿最低規(guī)定值之間的時間間隔。
2.7.2上升時間tr Rise time
輸出脈沖前沿最低規(guī)定值到最高規(guī)定值之間的時間間隔。
2.7.3開啟時間ton Turn-on time
器件所加輸入脈沖前沿的最低規(guī)定值到輸出脈沖前沿最高規(guī)定值之間的時間間隔。
ton= td(on)+tr
2.7.4關閉延遲時間td(off) Turn-off delay time
器件所加輸入脈沖后沿的最高規(guī)定值到輸出脈沖后沿最高規(guī)定值之間的時間間隔。
2.7.5下降時間tf Fall time
輸出脈沖后沿最高規(guī)定值到最低規(guī)定值之間的時間間隔（見圖1）。
圖1 開關時間 延遲時間
2.7.6關閉時間toff Turn-off time
器件所加輸入脈沖后沿的最低規(guī)定值到輸出脈沖后沿最低規(guī)定值之間的時間間隔。
toff =td(off)+tf
2.8光通量Φv Luminous flux
通過發(fā)光二極管的正向電流為規(guī)定值時，器件光學窗口發(fā)射的光通量。
2.9輻射功率Φe Radiant power
通過發(fā)光二極管的正向電流為規(guī)定值時，器件光學窗口發(fā)射的輻射功率。
2.10輻射功率效率ηe Radiant power efficiency
器件發(fā)射的輻射功率 與器件的電功率（正向電流 乘以正向電壓 ）的比值：
ηe =Φe/(IF?VF)
注：在與其它術語不會混淆時，可簡稱為輻射效率 (Radiant efficiency)。
2.11光通量效率ηv Luminous flux efficiency
器件發(fā)射的光通量Φv 與器件的電功率（正向電流 IF乘以正向電壓 VF）的比值：
ηv =Φv/(IF?VF)
注：在與其它術語不會混淆時，可簡稱為發(fā)光效率（Luminous efficiency）。
2.12發(fā)光（或輻射）空間分布圖及相關特性
2.12.1發(fā)光（或輻射）強度Iv Luminous（or Radiant） intensity
光源在單位立體角內發(fā)射的光（或輻射）通量，可表示為Iv =dΦ/dΩ。發(fā)光（或輻射）強度的概念要求假定輻射源是一個點輻射源，或者它的尺寸和光探測器的面積與離光探測器的距離相比是足夠小，在這種情形，光探測器表面的光（或輻射）照度遵循距離平方反比定理，即E=I/d2 。這里I是輻射源的強度，d是輻射源中心到探測器中心的距離。把這種情況稱為遠場條件。
然而在許多應用中，測量LED時所用的距離相對較短，源的相對尺寸太大，或者探測器表面構成的角度太大，這就是所謂的近場條件。此時，光探測器測量的光（或輻射）照度取決于正確的測量條件。
2.12.2平均LED強度 Averaged LED intensity
照射在離LED一定距離處的光探測器上的通量Φ與由探測器構成的立體角Ω 的比值，立體角可將探測器的面積S除以測量距離d的平方計算得到。
I=Φ/Ω=Φ/(S/d2)
CIE推薦標準條件A和B(見7.2.1.2)來測量近場條件下的平均LED強度,可以分別用符號ILED A和ILED B來表示,用符號ILED Ae和ILED Av分別表示標準條件A測量的平均LED輻射強度和平均LED發(fā)光強度。
2.12.3發(fā)光（或輻射）強度空間分布圖 Luminous（or Radiant）diagram
反映器件的發(fā)光（或輻射）強度空間分布特性（見圖2）：
Iv(或Ie)=f(θ)
圖2 輻射圖和有關特性
注1：除非另外規(guī)定，發(fā)光（或輻射）強度分布應該規(guī)定在包括機械軸Z的平面內。
注2：如果發(fā)光（或輻射）強度分布圖形有以Z軸為旋轉對稱特性，發(fā)光（或輻射）強度空間分布圖僅規(guī)定一個平面。
注3：如果沒有以Z軸為旋轉對稱特性，各種角度θ的發(fā)光（或輻射）強度分布應有要求，X、Y、Z方向要求可有詳細規(guī)范定義。
2.12.4半強度角θ1/2 Half-intensity angle
在發(fā)光（或輻射）強度分布圖形中，發(fā)光（或輻射）強度大于最大強度一半構成的角度（見圖2）。
2.12.5偏差角Δθ Misalignment angle
在發(fā)光（或輻射）強度分布圖形中，最大發(fā)光（或輻射）強度方向（光軸）與機械軸Z之間的夾角（見圖2）。
2.13光譜特性
2.13.1峰值發(fā)射波長λp Peak-emission wavelength
光譜輻射功率最大的波長。
2.13.2光譜輻射帶寬Δλ Spectral radiation bandwith
光譜輻射功率大于等于最大值一半的波長間隔。
2.13.3光譜功率（能量）分布P(λ) Spectral power distribution
在光輻射波長范圍內，各個波長的輻射功率分布情況。
3 最大額定值
3.1 最低和最高儲存溫度（Tstg ）
3.2 最低和最高工作環(huán)境溫度或管基溫度（Tamb 或Tcase ）
3.3 最大反向電壓（VR ）
注：不可用于相互首尾相接的雙管器件。
3.4 在25℃環(huán)境或管基溫度時的最大連續(xù)正向電流（IF ）和減額定值曲線或減額定值系數。
3.5 在適當地方，在規(guī)定脈沖條件下，在25℃環(huán)境或管基溫度時的最大峰值正向電流（IFM ）
4 主要光電特性（見表1）
5 一般要求
5.1 試驗條件
除非另有規(guī)定，器件的光電參數測試應按本標準規(guī)定試驗條件進行。
5.1.1 標準大氣條件
溫度：15℃～35℃
相對濕度：20％～80％
氣壓：86kPa～106kPa
5.1.2 仲裁試驗的標準大氣條件
溫度：25℃±1℃；
相對濕度：48％～52％；
氣壓：86kPa～106kPa
5.1.3 環(huán)境條件
a） 測試環(huán)境應無影響測試準確度的機械振動和電磁干擾；.
b） 除非另有規(guī)定，器件全部光電參數均應在熱平衡下進行；
c） 測試系統(tǒng)應接地良好。
5.2 參數要求
除非另有規(guī)定，器件測試應采取預防措施和保持下述公差。雖然在有關文件中規(guī)定的測試條件嚴于下述公差，但在一般情況下，應遵循下述規(guī)定的條件。
a） 偏置條件應在規(guī)定值的±3％以內；
b） 輸入脈沖特性，重復頻率和頻率等的誤差應在±10％以內；
c） 測量開關參數的誤差應在±5％以內；
d） 測量直流電參數誤差不大于±2％；
e） 測量輻射功率的誤差不大于5％；
f） 測量峰值輻射波長的誤差不大于±2nm；
g） 測量半強度角誤差不大于10％；
h） 測量發(fā)光強度誤差不大于25％。
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