发光二极管的特性测试 实验目的 (1)通过实验，了解发光二极管(LED)的发光原理和相关特性； (2)掌握发光二极管(LED)的特性参数的测量方法。 实验内容 (1)测试LED的P—I特性； (2)测试LED的模拟调制特性； (3)测试LED的调制带宽。 实验设备器材 (1)正弦波信号发生器    1台 (2)脉冲发生器    1台 (3)直流稳压电源    1台 (4)光功率计    1台 (5)毫安表    1只 (6)万用表    1只 (7)带尾纤的发光二极管    1只 (8)可变电阻、阻容元件及晶体管等元件多只 实验原理 光纤通信中的有源光电子器件主要涉及光的发送和接收，发光二极管(LED)和半导体激光二极管(LD)是最重要的光发送器件，PIN光电二极管和APD光电二极管则是最重要的光接收器件。 发光二极管(LED)是一种直接注入电流的电致发光器件，其半导体晶体内部受激电子从高能级回复到低能级时发射出光子，属自发辐射跃迁。LED为非相干光源，具有较宽的谱宽(30～60nm)和较大的发射角(≈100°)，常用于低速、短距离光传输系统。 1．LED的结构与原理 发光二极管由P型和N型半导体组合而成。其结构示意如下图所示。实际是将PN结烧结在金属或陶瓷底座上，然后用透明环氧树脂封装而成。 其工作原理是，当PN结加上正向电压时，结区势垒降低，P区的空穴载流子p向N区扩散，N区的电子n向P区扩散，p与n在PN结区相遇复合，从而释放能量而发光。 制作发光二极管的材料很多，主要有直接带(直接跃迁)材料GaAs、GaN和ZnSe，间接带(间接跃迁)材料GaP以及利用窄禁带的直接带材料GaAs与宽禁带的间接材料GaP生长的GaAs 1-x P x 。这种的好处是可以得到比原来直接带更宽的禁带，同时仍然保持直接带性质的新三元化合物材料。显然，E g 越宽，释放能量越大，发光波长越短。但当某种材料具有不同掺杂时，可发出不同颜色的光。如GaP掺Zn与氧时可发出0.7μm的红光，而GaP掺Zn与氮时则发出0.56μm的绿光。 2．LED的P-I特性与发光效率 下图是LED的P—I特性曲线。LED是自发辐射光，所以P—I曲线的线性范围较大。 发光效率是描述LED电光能量转换的重要参数，发光效率可分为功率效率和量子效率。功率效率定义为发光功率和输入电功率之比，以表示。量子效率分为内量子效率和外量子效率。内量子效率定义为单位时间内辐射复合产生的光子数与注入PN结的电子—空穴对数之比。外量子效率定义为单位时间内输出的光子数与注入到PN结的电子—空穴对数之比。 3．LED的光谱特性 LED没有光学谐振腔选择波长，它的光谱是以自发辐射为主的光谱，下图为LED的典型光谱曲线。发光光谱曲线上发光强度最大处所对应的波长为发光峰值波长λ P ，光谱曲线上两个半光强点所对应的波长差△λ为LED谱线宽度(简称谱宽)，其典型值在30～40nm之间。由图可以看到，当器件工作温度升高时，光谱曲线随之向右移动，从λ P 的变化可以求出LED的波长温度系数。 4．LED的调制特性 当在规定的直流正向工作电流下，对LED进行数字脉冲或模拟信号电流调制，便可实现对输出光功率的调制。LED有两种调制方式，即数字调制和模拟调制，下图示出这两种调制方式。调制频率或调制带宽是光通信用LED的重要参数之一，它关系到LED在光通信中的传输速度大小，LED因受到有源区内少数载流子寿命的限制，其调制的最高频率通常只有几十兆赫兹，从而限制了LED在高比特速率系统中的应用。但是，通过合理设计和优化的驱动电路，LED也有可能用于高速光纤通信系统。调制带宽是衡量LED的调制能力，其定义是在保证调制度不变的情况下，当LED输出的交流光功率下降到某一低频参考频率值的一半时(-3dB)的频率，就是LED的调制带宽。