[发明专利]一种InGaN/GaN LED纳秒脉冲驱动电路

说明书

本发明公开了一种InGaN/GaN LED纳秒脉冲驱动电路，利用电流脉冲峰值技术，肖特基二极管SBD1和SBD2和电容C构成的回路会产生电流峰值，从而可以使光脉冲的上升时间缩短几个纳秒，缩短了光脉冲的上升时间；第一电感L1连接在LED阴极与偏压电源Vcc之间，在电流脉冲下降的阶段，利用电感提供的反向电流回路，产生一个下冲电流，从而可减小光脉冲的下降时间，以加速LED熄灭，大大的改善光脉冲的下降时间；高速场效应管的开关电路主要是通过增加辅助开关给主开关的寄生输出电容快速充电，来缩短主开关的关闭时间，来提高场效应管的开关速率；将LED的阳极与直流偏压Vcc相连接，这样就可以在电流脉冲到来之前给等效电容充满电，从而较有效的缩短了LED导通的延时，较大改善LED的瞬态响应时间。

【技术领域】

本发明涉及LED驱动电路，尤其涉及一种InGaN/GaN LED纳秒脉冲驱动电路。

【背景技术】

近年来，随着对Ⅲ族元素和氮化合物半导体材料制备技术、生长工艺以及器件封装技术等方面的持续研究，光电半导体器件得到了快速发展，尤其InGaN/GaN构成的异质结、多量子阱结构发光材料的研究取得了突破性进展，高亮度蓝、绿发光二极管(Lighting-emitting Diode，LED)、短波长激光器以及雪崩光电二极管探测器等已经成功制备。基于InGaN/GaN特殊的基材料和量子阱结构，一方面钝化了LED的表面，减少了注入有源区的载流子与表面态复合时造成的损失，增强了器件的稳定性；另一方面减少了器件与空气界面的反射，提高了发光效率，从而使得InGaN/GaN LED具有很高的辐射复合效率、较长的使用寿命以及较好的颜色特性，因此广泛应用于工业、科研等领域，尤其是对于高速光通信、光电探测等方面的应用有着重要的实际意义。

与此同时，设法进一步提高InGaN/GaN LED的量子效率、有效改善LED对于电流型脉冲驱动的响应时间，调制产生具有较短的光脉冲上升时间、下降时间，以及纳秒级窄脉冲宽度的光信号，对于高速光通信、光子计数以及光电探测等应用显得十分重要，并且这也是一直以来亟待解决的工程难题。

传统的LED驱动技术有些使用电流型方波脉冲驱动LED，说明了电流型脉冲驱动可以有效降低LED的功耗，该技术可以有效提高量子效率。有些使用了一种高频的电流型三角波脉冲驱动LED，电路中使用薄膜电容代替电解电容可减小AC/DC转换的低频纹波，以延长其使用寿命，并说明该脉冲驱动可提高LED发光强度的稳定性。有些由于LED耗尽层电容影响LED在高速电路中的使用，给出基于GaAs FET的电流脉冲驱动电路，从而较大提高LED在可见光通信中的调制速率。

图1是一般的异质结LED等效电路模型，是一种固态的电致发光半导体器件，可以直接将电能转化为光能。

其中所述的，Cb为势垒电容，由耗尽层的宽窄变化等效而来，Cd为扩散电容，是P-N结正偏时所表现出来的一种微分电容效应，两者统称为LED的结电容。所述的Rd表示在正向电压下的动态电阻，由LED的V-I特性决定。所述的Rs表示P区和N区的体电阻，由LED的掺杂结构及P、N区的电阻率决定。Lp、Cs分别表示LED封装后产生的寄生电感和电容。其中结电容、寄生电容都会影响LED的频率响应，即会延迟LED的导通点亮、熄灭时间。

图2所述是电流脉冲激励LED产生的光信号延迟，将LED的导通延迟时间定义为给LED加上电流脉冲直到LED开始辐射出光信号的这个时间段，用t_d表示，光信号的上升时间用t_r表示、下降时间用t_f表示，由于LED的等效电容会延迟注入载流子到达复合区域的时间，从而引起这种导通延时。只有等效电容充满电后，LED才开始辐射出光信号，充电时间取决于时常数RC_LED和电流脉冲I_pulse的大小。