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TECHNOLOGIES 技 术 CHINA OPTOELECTRONICS
2012 年 第 7 期
半 导 体 激 光 器 PIV 特 性 即 对 激 光 器 注 入
的 光 电 流 乘 以 积 分 球 探 测 器 功 率 电 流 转 换 系
数 就 得 到 了 激 光 器 的 出 光 功 率 。B2900A 由
USB 端 口 与 PIV 测 量 软 件 连 接 , 完 成 测 量
控 制 和 数 据 采 集 。 图 3 为 实 验 连 接 图 。 测 量 时 ,
通 过 PIV 测 试 软 件 设 置 测 试 的 参 数 ,CH1
和 CH2 内 部 同 时 触 发 进 行 PIV 测 量 , 数 据
通 过 USB 端 口 实 时 的 返 回 软 件 。 通 过 软 件
界 面 可 以 实 时 的 观 测 激 光 器 的 动 态 特 性 。 同
时 , 可 以 根 据 软 件 测 量 数 据 快 速 的 分 析 出 每
个 激 光 器 的 特 性 参 数 , 包 括 正 向 压 降 、 光 功
率 、 阈 值 电 流 、 拐 点 等 参 数 。
构 的 电 阻 值 。 同 时 , 激 光 器 的 功 率 与 电 压 电
流 同 步 测 量 , 无 需 外 部 协 同 触 发 。 扫 描 测 量
时 ,8 秒 内 可 以 完 成 大 于 400 点 的 测 量 。
电 流 I 时 , 激 光 器 的 出 光 功 率 P 和 激 光 器 两
极 电 压 V 的 响 应 特 性 。 与 普 通 的 PN 结 二 极
管 等 两 端 器 件 不 同 , 半 导 体 激 光 器 PIV 测 试
不 仅 要 测 量 激 光 器 的 电 压 - 电 流 (V-I) 特
性 , 重 要 的 是 同 时 完 成 激 光 器 的 功 率 - 电 流
(P-I) 特 性 的 测 试 。 因 此 , 半 导 体 激 光 器
PIV 测 试 系 统 包 括 精 密 电 流 源 , 电 压 表 , 功
率 计 和 负 责 控 制 、 仪 器 间 通 讯 、 数 据 采 集 和
处 理 的 软 件 部 分 。 传 统 的 PIV 测 试 系 统 由 分
立 的 电 流 源 ( 集 成 有 电 压 表 ), 电 流 计 和 控
制 软 件 组 成 。 电 流 源 用 于 提 供 激 光 器 注 入 电
流 和 测 量 电 压 , 电 流 计 连 接 积 分 球 用 于 测 量
激 光 器 功 率 , 电 流 源 和 电 流 计 通 过 GPIB 端
口 与 软 件 联 接 , 完 成 测 量 触 发 , 数 据 传 输 等
任 务 。
复 杂 的 PIV 测 试 系 统 存 在 很 多 问 题 , 包
括 1) 测 量 速 度 不 高 , 单 位 时 间 内 测 量 的 点
数 少 , 增 加 了 测 量 耗 时 ;2) 系 统 的 稳 定 性 差 ,
由 GPIB 端 口 连 接 的 仪 器 间 会 出 现 数 据 传 输
阻 塞 的 问 题 , 系 统 容 易 瘫 痪 ;3) 系 统 的 可
控 性 差 , 测 量 速 度 、 扫 描 点 数 , 扫 描 方 式 不
可 根 据 测 量 要 求 进 行 调 整 。 在 大 量 的 半 导 体
激 光 器 光 电 测 试 过 程 中 , 传 统 的 PIV 测 试 系
统 出 现 了 效 率 低 、 可 靠 性 、 可 控 性 差 的 问 题 。
在 半 导 体 激 光 器 的 生 产 、 研 发 过 程 中 , 对
激 光 器 的 光 电 特 性 的 测 量 尤 为 重 要 , 是 控
制 激 光 器 制 备 工 艺 的 稳 定 性 , 激 光 器 性 能
可 靠 性 的 关 键 环 节 。
▲ 图 4 PIV 系 统 参 数 设 置 图
B2900A 在 半 导 体 激 光 器 测 试 中 的 应 用
文 | 中 国 科 学 院 半 导 体 研 究 所 谭 少 阳 翟 腾
▲ 图 3 a)PIV 系 统 实 验 连 接 图
▲ 图 5 PIV 系 统 绘 图 窗 口
导 体 激 光 器 是 光 纤 通 讯 , 激 光 显 在 脊 波 导 上 制 备 接 触 电 极 。 如 此 脊 波 导 的 目
半
示 , 气 体 探 测 等 领 域 中 的 核 心 部 的 是 1) 限 制 电 流 侧 向 扩 散 ,2) 形 成 光 子 的
件 , 受 到 全 世 界 科 技 人 员 的 广 泛 侧 向 波 导 。 制 备 完 的 圆 片 经 过 解 理 , 镀 膜 ,
关 注 。 在 半 导 体 激 光 器 的 生 产 、 研 发 过 程 中 , 烧 焊 , 压 焊 引 线 等 工 艺 得 到 待 测 量 的 激 光 器 ,
对 激 光 器 的 光 电 特 性 的 测 量 尤 为 重 要 , 是 控 如 同 2 所 示 。 当 向 激 光 器 电 极 注 入 电 流 时 ,
制 激 光 器 制 备 工 艺 的 稳 定 性 , 激 光 器 性 能 可 激 光 器 PN 结 两 侧 的 电 子 和 空 穴 大 量 的 涌 入
靠 性 的 关 键 环 节 。 半 导 体 激 光 器 是 半 导 体 光 有 源 区 , 在 有 源 区 电 子 空 穴 对 复 合 , 产 生 大
电 转 换 器 件 。 如 图 1 所 示 , 半 导 体 激 光 器 由 量 的 光 子 , 光 子 在 波 导 的 作 用 下 沿 轴 方 向 传
多 层 材 料 构 成 。 自 下 而 上 包 括 背 电 极 , 衬 底 , 播 , 在 激 光 器 端 面 , 反 射 光 形 成 激 射 条 件 ,
下 光 限 制 层 , 下 波 导 层 , 有 源 层 , 上 波 导 层 , 透 射 光 则 为 激 光 器 输 出 的 激 光 。 激 光 器 工 作
上 限 制 层 , 上 电 极 。 不 同 层 由 不 同 的 外 延 材 特 性 主 要 体 现 在 1)PN 结 特 性 , 串 联 电 阻 ,2)
料 组 成 。 如 此 层 状 结 构 是 为 了 达 到 1) 载 流 激 光 器 的 激 射 阈 值 , 激 光 器 斜 率 效 率 。 这 些
子 ( 电 子 , 空 穴 ) 的 注 入 复 合 发 光 ,2) 光 特 性 决 定 了 激 光 器 的 出 光 功 率 , 功 率 转 换 效
子 横 向 限 制 , 形 成 光 波 导 的 目 的 。 外 延 完 成 率 , 工 作 寿 命 等 性 质 。 生 产 和 科 研 过 程 中 经
的 层 状 结 构 要 经 过 刻 蚀 工 艺 , 形 成 脊 波 导 , 常 采 用 PIV 测 量 方 法 获 得 这 些 重 要 参 数 。
▲ 图 1 激 光 器 结 构 图
B2900A 集 成 PIV 测 试 系 统
B2900A 集 成 PIV 测 试 系 统 ( 简 称 集
成 PIV 系 统 ) 由 本 实 验 组 自 行 设 计 搭 建 , 采
用 精 密 源 测 量 单 元 SMU 和 积 分 球 探 测 器 组
合 系 统 进 行 PIV 测 试 。 系 统 结 构 简 单 、 精
度 高 、 可 靠 性 好 、 速 度 快 , 提 高 生 产 效 率 的
同 时 也 增 加 了 测 试 精 度 和 可 靠 性 , 降 低 了 大
量 测 试 的 成 本 。 集 成 PIV 系 统 由 系 统 主 要 由
B2900A 双 通 道 精 密 源 测 量 单 元 SMU、 积
分 球 、 夹 具 及 软 件 组 成 。B2900A 的 一 个 通
道 CH1 作 为 激 光 器 的 电 流 源 同 时 测 量 激 光
器 的 电 压 V。LD 的 激 射 出 光 耦 合 入 积 分 球 ,
由 积 分 球 探 测 器 转 化 成 光 电 流 进 入 B2900A
的 另 一 个 通 道 CH2, 用 B2900A CH2 测 得
▲ 图 3 b) 芯 片 连 接 图
集 成 PIV 系 统 在 进 行 大 量 激 光 器 PIV
测 试 过 程 中 突 现 出 易 操 作 、 高 精 度 、 高 效 率 、
高 可 靠 等 优 越 性 能 。 激 光 器 的 所 有 测 试 参 数
都 可 以 在 软 件 界 面 上 轻 松 设 置 , 包 括 电 流 源
电 压 源 切 换 , 直 流 脉 冲 切 换 , 电 流 范 围 , 限
制 电 压 , 扫 描 方 式 , 扫 描 点 数 , 扫 描 时 间 及
速 度 等 。 这 使 得 不 同 测 设 条 件 间 参 数 调 整 方
便 快 捷 。 其 次 ,B2900A 精 密 源 测 量 单 元 的
电 流 测 量 精 度 可 以 达 到 0.1nA。 在 高 阻 半 绝
缘 结 构 (107~8Ω) 测 量 时 , 在 较 小 的 驱 动
电 压 (