一種InGaN/GaN LED納秒脈沖驅動電路制造技術

本發明專利技術公開了一種InGaN/GaN?LED納秒脈沖驅動電路，利用電流脈沖峰值技術，肖特基二極管SBD1和SBD2和電容C構成的回路會產生電流峰值，從而可以使光脈沖的上升時間縮短幾個納秒，縮短了光脈沖的上升時間；第一電感L1連接在LED陰極與偏壓電源Vcc之間，在電流脈沖下降的階段，利用電感提供的反向電流回路，產生一個下沖電流，從而可減小光脈沖的下降時間，以加速LED熄滅，大大的改善光脈沖的下降時間；高速場效應管的開關電路主要是通過增加輔助開關給主開關的寄生輸出電容快速充電，來縮短主開關的關閉時間，來提高場效應管的開關速率；將LED的陽極與直流偏壓Vcc相連接，這樣就可以在電流脈沖到來之前給等效電容充滿電，從而較有效的縮短了LED導通的延時，較大改善LED的瞬態響應時間。

【技術實現步驟摘要】
一種InGaN/GaNLED納秒脈沖驅動電路
本專利技術涉及LED驅動電路，尤其涉及一種InGaN/GaNLED納秒脈沖驅動電路。
技術介紹
近年來，隨著對Ⅲ族元素和氮化合物半導體材料制備技術、生長工藝以及器件封裝技術等方面的持續研究，光電半導體器件得到了快速發展，尤其InGaN/GaN構成的異質結、多量子阱結構發光材料的研究取得了突破性進展，高亮度藍、綠發光二極管(Lighting-emittingDiode，LED)、短波長激光器以及雪崩光電二極管探測器等已經成功制備。基于InGaN/GaN特殊的基材料和量子阱結構，一方面鈍化了LED的表面，減少了注入有源區的載流子與表面態復合時造成的損失，增強了器件的穩定性；另一方面減少了器件與空氣界面的反射，提高了發光效率，從而使得InGaN/GaNLED具有很高的輻射復合效率、較長的使用壽命以及較好的顏色特性，因此廣泛應用于工業、科研等領域，尤其是對于高速光通信、光電探測等方面的應用有著重要的實際意義。與此同時，設法進一步提高InGaN/GaNLED的量子效率、有效改善LED對于電流型脈沖驅動的響應時間，調制產生具有較短的光脈沖上升時間、下降時間，以及納秒級窄脈沖寬度的光信號，對于高速光通信、光子計數以及光電探測等應用顯得十分重要，并且這也是一直以來亟待解決的工程難題。傳統的LED驅動技術有些使用電流型方波脈沖驅動LED，說明了電流型脈沖驅動可以有效降低LED的功耗，該技術可以有效提高量子效率。有些使用了一種高頻的電流型三角波脈沖驅動LED，電路中使用薄膜電容代替電解電容可減小AC/DC轉換的低頻紋波，以延長其使用壽命，并說明該脈沖驅動可提高LED發光強度的穩定性。有些由于LED耗盡層電容影響LED在高速電路中的使用，給出基于GaAsFET的電流脈沖驅動電路，從而較大提高LED在可見光通信中的調制速率。圖1是一般的異質結LED等效電路模型，是一種固態的電致發光半導體器件，可以直接將電能轉化為光能。其中所述的，Cb為勢壘電容，由耗盡層的寬窄變化等效而來，Cd為擴散電容，是P-N結正偏時所表現出來的一種微分電容效應，兩者統稱為LED的結電容。所述的Rd表示在正向電壓下的動態電阻，由LED的V-I特性決定。所述的Rs表示P區和N區的體電阻，由LED的摻雜結構及P、N區的電阻率決定。Lp、Cs分別表示LED封裝后產生的寄生電感和電容。其中結電容、寄生電容都會影響LED的頻率響應，即會延遲LED的導通點亮、熄滅時間。圖2所述是電流脈沖激勵LED產生的光信號延遲，將LED的導通延遲時間定義為給LED加上電流脈沖直到LED開始輻射出光信號的這個時間段，用td表示，光信號的上升時間用tr表示、下降時間用tf表示，由于LED的等效電容會延遲注入載流子到達復合區域的時間，從而引起這種導通延時。只有等效電容充滿電后，LED才開始輻射出光信號，充電時間取決于時常數RCLED和電流脈沖Ipulse的大小。圖3是改善導通延遲后的基于高速場效應管的LED脈沖驅動電路，高速場效應管具有非常高的開關速率，因此可以在高頻脈沖驅動電路中使用。將LED的陽極通過限流電阻R直接與直流偏壓Vcc相連接，這樣就可以在電流脈沖到來之前給等效電容充滿電，從而較有效的縮短了LED導通的延時，較大改善LED的瞬態響應時間。為了較準確地估計多量子阱結構InGaN/GaNLED的時域瞬態響應特性，則利用雙異質結理論模型對其響應過程進行分析。式(1)中tr為光信號的上升時間(從幅度的10％上升到90％)，Ipulse為通過LED的正向電流，在LED開始被點亮的瞬間，首先給電容充電，接著載流子開始注入并充滿量子阱，然后復合輻射發出光信號，kLED為LED的特征常數。假定LED沒有通過外部電路放電，對于光脈沖信號的熄滅瞬態響應是一個高阻抗模型，同時假設LED熄滅之前的瞬間載流子濃度達到了一個相對穩定狀態，在這個廣義條件下，光信號的下降時間tf(從幅度的90％下降到10％)可表示為(2)式所述的兩種情況下的響應時間均與脈沖電流的有關。對于高阻抗驅動電路而言，LED固有的光信號下降時間要比光信號上升時間大約慢倍，因而也成了LED在高速應用中的限制因素。圖4所示是應用電流脈沖峰值技術和掃出效應驅動LED產生的光脈沖信號響應，采用電流峰值技術在脈沖上升沿產生過沖來減少光信號的上升時間，利用掃出效應在脈沖下降沿產生下沖來減少光信號的下降時間。從而可以大大改善LED的響應時間，有效降低光脈沖寬度。與圖2相比，可以看出光信號上升時間和下降時間有明顯改善，尤其是下降時間，不再有較長的拖尾。以上方法均涉及到使用電流脈沖驅動LED，但并沒有使用一種更好的方法來有效改善LED的響應速率，效縮短光脈沖信號的上升時間、下降時間。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種InGaN/GaNLED納秒脈沖驅動電路，有效改善LED的響應速率，有效縮短光脈沖信號的上升時間、下降時間。為達到上述目的，本專利技術采用如下技術方案：一種InGaN/GaNLED納秒脈沖驅動電路，包括高速場效應管器件高阻抗驅動電路，高速場效應管器件開關電路，脈沖信號產生模塊，肖特基二極管SBD1、SBD2，第一電感L1、電容C；脈沖信號產生模塊，高速場效應管器件高阻抗驅動電路與高速場效應管器件開關電路連接，高速場效應管器件開關電路包括主開關模塊和輔助開關模塊，主開關模塊和輔助開關模塊均為場效應管，兩場效應管并聯連接、且兩場效應管漏級和源極之間均連接有二極管，電源Ed1、第一二極管D1、第二電感L2串聯后連接在輔助開關模塊場效應管漏級和源極，第二二極管D2和穩壓管ZD1反向串聯后連接在主開關模塊和輔助開關模塊的兩場效應管漏級之間；LED陽極與直流偏壓電源Vcc相連接，LED陰極與高速場效應管器件開關電路連接，兩個串聯的肖特基二極管SBD1、SBD2與電容C并聯連接在LED陽極和偏壓電源Vcc之間；第一電感L1連接在LED陰極與偏壓電源Vcc之間；脈沖信號產生模塊產生一個脈沖信號，經過高速場效應管器件高阻抗驅動電路對脈沖信號進行放大輸出，輸出信號送入高速場效應管器件開關電路控制LED發光。進一步，LED陽極與直流偏壓電源Vcc之間連接有限流第一電阻R1。進一步，第一電感L1串聯有限流第二電阻R2，第一電感L1和第二電阻R2連接在LED陰極與偏壓電源Vcc之間。進一步，脈沖信號產生模塊輸出高速窄脈沖信號，輸出頻率≥10MHz脈沖寬度≤2ns。進一步，場效應管器件采用高速MOSFET晶體管芯片，靜態漏源電阻≤250mΩ，上升時間≤1ns,下降時間≤1.5ns。本專利技術的InGaN/GaNLED納秒脈沖驅動電路，包括高速場效應管器件高阻抗驅動電路，高速場效應管器件開關電路，脈沖信號產生模塊，肖特基二極管SBD1、SBD2，第一電感L1、電容C；利用電流脈沖峰值技術，肖特基二極管SBD1和SBD2和電容C構成的回路會產生電流峰值，從而可以使光脈沖的上升時間縮短幾個納秒，縮短了光脈沖的上升時間；第一電感L1連接在LED陰極與偏壓電源Vcc之間，在電流脈沖下降的階段，利用電感提供的反向電流回路，產生一個下沖電流，從而可減小光脈沖的下降時間，以加速LED熄滅，大本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種InGaN/GaN?LED納秒脈沖驅動電路，其特征在于：包括高速場效應管器件高阻抗驅動電路，高速場效應管器件開關電路，脈沖信號產生模塊，肖特基二極管SBD1、SBD2，第一電感L1、電容C；脈沖信號產生模塊，高速場效應管器件高阻抗驅動電路與高速場效應管器件開關電路連接，高速場效應管器件開關電路包括主開關模塊(S1)和輔助開關模塊(S2)，主開關模塊(S1)和輔助開關模塊(S2)均為場效應管，兩場效應管并聯連接、且兩場效應管漏級和源極之間均連接有二極管，電源Ed1、第一二極管D1、第二電感L2串聯后連接在輔助開關模塊(S2)場效應管漏級和源極，第二二極管D2和穩壓管ZD1反向串聯后連接在主開關模塊(S1)和輔助開關模塊(S2)的兩場效應管漏級之間；LED陽極與直流偏壓電源Vcc相連接，LED陰極與高速場效應管器件開關電路連接，兩個串聯的肖特基二極管SBD1、SBD2與電容C并聯連接在LED陽極和偏壓電源Vcc之間；第一電感L1連接在LED陰極與偏壓電源Vcc之間；脈沖信號產生模塊產生一個脈沖信號，經過高速場效應管器件高阻抗驅動電路對脈沖信號進行放大輸出，輸出信號送入高速場效應管器件開關電路控制LED發光。...

【技術特征摘要】
1.一種InGaN/GaNLED納秒脈沖驅動電路，其特征在于：包括高速場效應管器件高阻抗驅動電路，高速場效應管器件開關電路，脈沖信號產生模塊，肖特基二極管SBD1、SBD2，第一電感L1、電容C；脈沖信號產生模塊，高速場效應管器件高阻抗驅動電路與高速場效應管器件開關電路連接，高速場效應管器件開關電路包括主開關模塊(S1)和輔助開關模塊(S2)，主開關模塊(S1)和輔助開關模塊(S2)均為場效應管，兩場效應管并聯連接、且兩場效應管漏級和源極之間均連接有二極管，電源Ed1、第一二極管D1、第二電感L2串聯后連接在輔助開關模塊(S2)場效應管漏級和源極，第二二極管D2和穩壓管ZD1反向串聯后連接在主開關模塊(S1)和輔助開關模塊(S2)的兩場效應管漏級之間；LED陽極與直流偏壓電源Vcc相連接，LED陰極與高速場效應管器件開關電路連接，兩個串聯的肖特基二極管SBD1、SBD2與電容C并聯連接在LED陽極和偏壓電源Vcc之間；第一...

【專利技術屬性】
技術研發人員：辛云宏，賀帆，馬劍飛，
申請(專利權)人：陜西師范大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61