GB T 15651-1995 半导体器件 分立器件和集成电路 第5部分 光电子器件.pdf
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1、中华人民共和国国家标准 半导体器件分立器件和集成电路 第 部分 光电子器件 国家技术监督局 批准 实施 本标准等同采用 半导体器件分立器件和集成电路第 部分 光电子器件 第 章总则 引言 通常 本标准需要与 半导体器件分立器件和集成电路第 部分 总则 一起 使用 在 中 可找到下列的全部基础资料 术语 文字符号 基本额定值和特性 测试方法 接收和可靠性 范围 本标准给出了下列类型和分类型器件的标准 半导体光发射器件 包括 发光二极管 红外发射二极管 激光二极管和激光二极管组件 光电子显示器件 在考虑中 半导体光电探测器件 包括 光电二极管 光电晶体管 半导体光敏元器件 包括 光敏电阻 光导元件
2、 光敏闸流管 在考虑中 内部工作机理与光 学辐 射 有关 的半导体器件 包括 光 耦合 器 各章 的 排 列 顺序 符 合 第 章 条 的 规 定第 章术语和文字符号 注 还有 一 些 与光电子器件 有关 的术语 例如辐 射 度量 光 度量 和光 谱度量 可 参见 的第 章 物理概念 电 磁 辐 射 能量以 与光子 相关 的电 磁波形式 的发射 或转移 电 磁波或 光子 光 学辐 射 辐 射 波长 在 射 线 与 无线 电 波间 的电 磁辐 射 可 见 光 辐 射 能直 接 引 起 视觉感应 的 任何 光 学辐 射 注 由于 可 见 光光 谱范围取决于有效辐 射 功率 的 大小 和 观察者眼睛
3、 的 响应度 所以 可 见 光光 谱区没有 一 个严格 的 界限 一 般 下 限 定 为 或 上限 定 为 或 红外 辐 射 已专 用 化 辐 射 波长大于 可 见 光 波段 的光 学辐 射 紫 外 辐 射 已专 用 化 辐 射 波长小于 可 见 光 波段 的光 学辐 射 光 与 注解 无关 光的一 般概念 见 可 见 光 见 注 概念 有时 用 于 可 见 光 以 外的光 学辐 射 但这种 用法 没有被推荐 光电 效应 根据 光电探测器 由于 光与 物质之间 的 相互 作用 引 起了光子的 吸 收 并 随即产生 可 移 动 电 荷载 流子 因此产生 电 势 或 电流 或 电阻的 变 化 但
4、不 包括 因温 度 变 化 而 引 起的 某 些 电 学 现象 器件类型 半导体光电子器件 发射 探测 及对 相 干 光 或 非 相 干 光 辐 射敏 感 的半导体器件 其 内部工作机理与光 学辐 射 有关 的半导体器件 半导体光发射器件 直 接 把 电 能转 换 成光 辐 射 能 的半导体光电子器件 半导体光电子显示器件 为 显示可 见 信息 而设计 的一 种 半导体发光器件 半导体激光器 半导体激光二极管 半导体激光二极管 是 这 样 一 种 半导体二极管 当 二极管的激 励 电流 大于 阈 值 时 由 自 由 电子与 空穴 的 复 合引 起 受 激发射 而 发射 相 干 光的二极管 注
5、激光二极管一 般 安装 在 热沉 上或 封装 在 带 有或 不带 有耦合 装置 即透镜 尾纤 的管 壳 中 半导体激光二极管组件 组件包括 激光二极管 输 出光 功率 的 自动 光 控装置 和 或 热稳 定 装置 发光二极管 在一定电流激 励 下 发射可 见 光的半导体二极管 它 和半导体激光器 是不 同的红外发射二极管 在一定电流激 励 下 可发射红外光的半导体二极管 它 和半导体激光器 是不 同的 半导体光敏器件 利 用光电 效应 来 探测光 辐 射的半导体器件 半导体光电探测器 利 用光电 效应 来 探测光 辐 射的半导体器件 半导体光敏电阻 光导元件 已专 用 化 利 用光 吸 收 引
6、 起电导 率 变 化 的一 种 半导体光敏元器件 光电元件 光 伏 电 池 利 用 吸 收光 辐 射 产生 电 动势 的一 种 光电探测器 光电二极管 在 两 种 半导体 之间 的 结 区或 在半导体与 金属 之间 的 结 区 吸 收光 辐 射 而产生 光电流的一 种 光 电探测器 雪崩 光电二极管 已专 用 化 在一定 反向偏置 作用下 初始 光电流在 其 内部 能 获得放 大 的光电二极管 光电晶体管 在 其 发射 结附近 通 过 光电 效应 而产生 电流 相 当 于 基极电流 并能 得 到 放 大 的晶体管 光敏闸流管 由 光 辐 射 触 发的一 种 闸流管 光 耦合 器 利 用光 辐
7、射 传输 电 信 号 使 输入 与 输 出 之间 达 到电 隔离 耦合 的一 种 半导体光电子器件 一般术语 光 轴 关于 主 辐 射 能或 灵 敏 度 分 布 中 心 的一 条直线 注 除非另 有规 定 光 轴即 为 最 大辐 射 能或 最 大 灵 敏 度 的方 向 半导体光电子器件 光 学 窗口 以 器件 表面 或 外部 某 一 平面 为参 考 面 用 于 描述 发射器件发出的光 辐 射 或 探测器接收 辐 射的 几 何 结 构 注 制造 者应 用 几 何 数 据 对 几 何 结 构进行 描述 如 发射 或 接收 面 积位 置 形 状 和 尺寸 发射 或 接收的 角 度 其 他 参 数 如
8、 光 纤 的 数 值 孔径 光 轴 取 向 例 图 中字 母 的 含义 接收 角 度 光 学 窗口 的 直 径 光 学 窗口 定 义 的基准 点例 带尾纤 的器件 发射 或 探测器件 带 裸 光 纤 的器件 带 光 纤 连 接的器件 图例 不带尾纤 的 封装 器件 发射 或 探测器件 带 光 窗 但无 透镜 的器件 带 光 窗 但无 透镜 的探测器 光 窗 厚 度 孔径角 光 窗 材 料的 折 射 率 光 窗 后 平面 与 芯片 平面 之间 的 距 离 图带透镜 的探测器 输 出 窗口 上无 光 窗 的红外发射二极管 续图例 不带尾纤 的 未 封装 器件 发射 或 探测器件 图 不带尾纤 的
9、未 封装 器件 光 学 涂层 光 纤纤 芯周 围 的 介 质 材 料 与额定值和特性有关的术语 一 般 术语 开 关时间 注 中给定电 平 的 上限 和下 限 通常 为 脉冲幅 度 的 和 见 图 开 通 延迟 时间 输入 脉冲前沿 规 定 低 电 平 与 输 出 脉冲前沿 规 定 低 电 平 之间 的 间 隔 时间 上 升 时间 输 出 脉冲前沿 规 定 低 电 平 与 规 定 高 电 平 之间 的 间 隔 时间 开 通 时间 输入 脉冲前沿 规 定 低 电 平 与 输 出 脉冲前沿 规 定 高 电 平 之间 的 间 隔 时间 关 断延迟 时间 输入 脉冲后沿 规 定 高 电 平 与 输 出
10、 脉冲后沿 规 定 高 电 平 之间 的 间 隔 时间 注 如 果 关 断延迟 时间 主 要 是 由于 载 流子 存储 引 起的 如 光 耦合 器中的晶体管 用术语 载 流子 存储 时间 和符 号 来表 示 下 降 时间 注 输 出 脉冲后沿 规 定 高 电 平 与 规 定 低 电 平 之间 的 间 隔 时间 关 断 时间 输入 脉冲后沿 规 定 高 电 平 与 输 出 脉冲后沿 规 定 低 电 平 之间 的 间 隔 时间光发射器件 辐 射 功率 光通 量 辐 射 功率 光发射器件的 从 器件光 学 窗口 发出的 辐 射 功率 图 开 关时间 光通 量 光发射器件的 从 器件光 学 窗口 发出
11、的光通 量 功效 辐 射 功率功效 辐 射 功效 红外发射二极 管 或 激光二极管的 辐 射 功率 与 正 向 电流 之 比 用下 式 表 示 注 如 果 不 致 引 起 歧义 时 尤 其是 在 条 中 术语 辐 射 效率 简称 为 辐 射 功效 或 功效 也 是 可 以 的 辐 射 强 度功效 红外发射二极管 或 激光二极管的 辐 射 强 度 与 正 向 电流 之 比 即 光通 量功效 发光 功效 发光二极管的光通 量 与 正 向 电流 之 比 即 注 如 果 不 致 引 起 歧义 时 尤 其是 在 条 中 术语 光 源 的发光 效率 或 条 件中 术语 辐 射体的发光 效率 简称 为 发光
12、 功效 或 功效 也 是 可 以 的 发光 强 度功效 发光二极管的 发光 强 度 与 正 向 电流 之 比 即 微 分 辐 射 功率效率 微 分 辐 射 功效 红外发射二极管 或 激光二极管的 小 信 号 调制 时 的 辐 射 功率效率 即 注 如 果 不 致 引 起 歧义 时 可 简称 为 微 分 辐 射 功效 用符号 表 示 微 分 辐 射 功效 与 小 信 号 调制 功效 同 义 微 分 辐 射 强 度功效 红外发射二极管 或 激光二极 管的 小 信 号 调制 时 的 辐 射 强 度功效 即 微 分光通 量功效 微 分发光 功效 发光二极管的 小 信 号 调制 时 的光通 量功效 即
13、注 如 果 不 致 引 起 歧义 时 可 简称 为 微 分发光 功效 用 表 示 与 小 信 号 调制 功效 同 义 微 分发光 强 度功效 发光二极管的 小 信 号 调制 时 的发光 强 度功效 即 大 信 号 辐 射 功率功效 大 信 号 辐 射 功效 红外发射二极管 或 激光二极管的 大 信 号 调制 时 的 辐 射 功率功效 即 注 如 果 不 致 引 起 歧义 时 可 简称 为大 信 号 辐 射 功效 用符号 表 示 大 信 号 辐 射 强 度功效 红外发射二极管 或 激 光二极管的 大 信 号 调制 时 的 辐 射 强 度功效大 信 号发光通 量功效 大 信 号发光 功效 发光二极
14、管的 大 信 号 调制 时 的发光通 量功效 注 如 果 不 致 引 起 歧义 时 可 简称 为大 信 号发光 功效 用符号 表 示 大 信 号发光 强 度功效 发光二极管的 大 信 号 调制 时 的发光 强 度功效 截止频 率 小 信 号 调制 截止频 率 发光二极管的 在 恒 定的 正 向 电流 调制深 度 下 随 着频 率 的 增高 解 调后 的 交 流光 辐 射 功率 下 降 为 其 低频 的 时 的 频 率 大 信 号 调制 截止频 率 发光二极管的 正 在考虑中 阈 值电流 激光二极管的 在激光二极管 辐 射 功率 对 正 向 电流 的二 阶 导 数曲 线上 第一 个 极 大 值
15、处 所 对 应 的 见 图 图 激光二极管的 阈 值电流 空 间辐 射 图 及 相关 特性 光发射器件的 辐 射 图 表 示 辐 射 或 发光 强 度 分 布 特 征 的一 种 图 或 见 图 和 注 除非另 有规 定 辐 射 或 发光 强 度 的分 布 应 在 规 定的 平面 内 这个 平面 包括机 械 轴 如 果 辐 射 图 是 绕 轴 旋旋 对 称 的 辐 射 图仅 规 定一 个 平面 如 果 辐 射 图 不是 绕 轴 旋 转 对 称 的 应规 定 各种 角 度 在 详细 规范 中 画 辐 射 图 时 应规 定 和 的方 向 半 强 度 角 在 辐 射 图 中 辐 射 或 发光 强 度
16、等 于或大于 最 大 值的一半 所 对 应 的 夹角 见 图角 偏 差 在 辐 射 图 中 最 大辐 射 或 发光 强 度 方 向 光 轴 和机 械 轴 之间 的 夹角 见 图 图 辐 射 图 及 相关 特性 光 谱 特性 发光二极管和红外发射二极管的 见 图 峰 值发射 波长 辐 射 功率 最 大 值 所 对 应 的 波长 光 谱辐 射 带 宽 光 谱辐 射 功率 等 于或大于 最 大 值的一半 时 的 波长间 隔 相关 寄 生 辐 射 功率 或 光通 量 在 小于 和 大于 峰 值发射 波长 的 两 个规 定 波长范围 内 不 希望 的光 谱辐 射 功率 值 这个 值用 百 分 数 来 表
17、 示 注 规 定值 指 的 是 规 定 波长范围 内的 最 大 值 图 发光二极管和红外发光二极管的光 谱 特性 光 谱 特性 激光二极管 及 激光二极管组件的 见 图 峰 值发射 波长 最 大 光 谱辐 射 功率 模 的 峰 值 所 对 应 的 波长光 谱辐 射 带 宽 带 宽 包括 辐 射 功率 等 于或大于 给定 峰 值发射 波长功率 百 分 数 的 所有波长 注 除非另 有规 定 上 述 规 定的 百 分 数 为 此 定 义 考虑了在光 谱辐 射 带 宽 范围 内出 现 的 低 于所规 定 百 分 数 的 峰 值 图 激光二极管 及 激光二极管组件的光 谱 特性 光 谱线 宽 光 谱辐
18、 射 功率为 其最 大 值一半的 谱线 两 点 间 的 波长间 隔 中 心 波长 模 波长 的 加权 平 均 值 用下 式 计 算 式 中 第 条谱线 的 波长 对 来 说 第 条谱线 的 幅 度 方 均 根 带 宽 带 宽 按 下 式 定 义 式 中 第 条谱线波长 对 来 说 第 条谱线 幅 度 中 心 波长 纵 模数 在光 谱 带 宽 范围 内的 纵 模 个 数 包括 带 宽 边 界 模 模距 相 邻 两 纵 模 间 的 波长 差 边 模 抑 制比 峰 值 辐 射 功率 与 最 大 次 模 辐 射 功率 之 比 见 图 注 边 模 抑 制比 通常 表 示 为图 边 模 抑 制比 光 谱
19、漂 移 由 电流 或 温 度 变 化引 起的 正 在考虑中 输入反 射 系 数 正 在考虑中 辐 射 功率 带 或 不带热沉 的激光二极管 芯片 见 第 章 第 节 条 发射 源 激光二极管的 发射 源宽宽 在激光二极管 端 面 上长 轴 方 向 辐 射 强 度 均 大于或 等 于 最 大 值 规 定的 百 分 数 即 为 发射 源宽 度 见 图 注 长 轴 方 向平 行 于 结平面 除非另 有规 定 规 定的 百 分 数 为 发射 源高 度 在激光二极管 端 面 上 的 短 轴 方 向 辐 射 强 度 均 大于或 等 于 最 大 值 规 定 百 分 数 即 为 发射 源高 度 见 图 注 短
20、 轴 方 向 垂 直于 结平面 除非另 有规 定 规 定 百 分 数 为 象 散 辐 射 象 散 分 别 来自 长 轴 和 短 轴 方 向 波 前曲 率 差 由于 主轴 方 向 的 曲 率 中 心 在 端 面 后 通常 比 次 轴 方 向 上 远 由 此 引 起 象 散 注 象 散 可 由 凸 形有效 发射 源 的 曲 率 差 即 来表 示 当 聚焦束 直 径 在 两 个 方 向 均 为 最 小时 可 根据 聚焦 透镜 的 位 置 算 得图 激光二极管的发射 源 噪声 特性 激光二极管的 相 对 噪声 强 度 正 在考虑中 载 流子 噪声 比 规 定 频 率 下的 均 方 辐 射 功率 与 垂
21、 直于 载 频 中 心 单 位 带 宽 内的 均 方 辐 射 功率 涨落 之 比 因 子 模 式 分 配噪声 正 在考虑中 其 他 特性 激光二极管组件的 跟踪误 差 正 在考虑中 光电探测器件 输 出电流 光电二极管的 注 正 在考虑中 但 下标 代 表 暗 和 代 表 光 仍然 可 以 用 反向 电流 在光 辐 射下 当 光电二极管 受 到 入 射光 照 射 时 的总 反向 电流 暗 电流 无 光 照 时 光电二极管的 反向 电流 光电流 由 入 射光 辐 射 所 产生 的 那 部 份 反向 电流 输 出电流 光电晶体管的 集电极电流 光 照 时 当 光电晶体管 受 到 入 射光 照 射
22、时 的集电极总电流 集电极 发射极 暗 电流 无 光 照 时 的集电极电流 灵 敏 度灵 敏 度 光电二极管的 光电二极管的光电流 与 该 二极管光 学 窗口 上 的 辐 照 度 或 光 照 度 之 比 即 或 注 如 果 不 引 起 歧义 时 可 简称 灵 敏 度 用 表 示 光 纤输入 灵 敏 度 光 信 号 由 光 纤 的 前 端照 射光电二极管 如 图 当 光 纤 相 对 于 光电二极管光 学 窗口 的 径 向 位 移 及 光 纤 端 面 距 光 学 窗口 的 距 离 为规 定值 时 光 电流与光 纤输 出 功率 或 光通 量 之 比 或 注 如 果 不 引 起 歧义 时 可 简称 灵
23、 敏 度 用 表 示 在 技 术 说明书 中 通常分 别 给出了 与 和 的 函 数 关 系 曲 线 图 光 纤输入灵 敏 度 截止频 率 光电二极管的 小 信 号 截止频 率 输入 辐 照 功率 恒 定的 小 信 号 调制深 度 解 调后 的 信 号 功率 下 降 至 其 低频 功率 的一半 时 的 频 率 注 在测试 中 监 视 光电二极管的光电流 辐 射 功率 下 降 相 对 应 的光电流 便 下 降 从 而 光电流在 负 载 电 阻 上 的 压 降也 下 降 当 负 载 电阻 小于 光电二极管的 输 出电阻 时 大 信 号 截止频 率 对 于 输入 辐 照 功率 恒 定的 大 信 号
24、调制深 度 情况 当 频 率 高 到一定值 时 解 调后 的 信 号 功率 下 降 至 低 频 的 时 的 频 率 值 注 同 条 的 注 释 空 间 灵 敏 度 图 形 和 相关 特性 光电探测器件的 灵 敏 度 图 形 一 种 表 征 灵 敏 度 分 布 情况 的 图 形 见 图 和 注 除非另 有规 定 灵 敏 度 分 布 应规 定在一 个 平面 内 这个 平面 包括机 械 轴 如 灵 敏 度 图 是 相 对 轴 旋 转 对 称 的 灵 敏 度 图仅 规 定一 个 平面 如 灵 敏 度 图 对 轴不是 旋 转 对 称 的 在 图 中 应规 定 角 详细 规范 中 应规 定 的方 向 半
25、灵 敏 度 角 在 灵 敏 度 图 中 灵 敏 度大于或 等 于 最 大 值的一半 所 对 应 的 角角 偏 差 在 灵 敏 度 图 中 最 大 灵 敏 度 方 向 光 轴 与机 械 轴 之间 的 夹角 见 图 图 灵 敏 度 图 及 相关 特性 光 谱 特性 光电探测器件的 峰 值 灵 敏 度波长 光 谱 灵 敏 度 最 大 值 所 对 应 的 波长 倍 增 因 子 雪崩 光电二极管的 载 流子 产生 倍 增 时 的光电流 对 应 的 与 载 流子 未 产生 倍 增 时 的光电流 对 应 的 之 比 见 图 图 雪崩 光电二极管的 倍 增 因 子 过 剩噪声 因 子 雪崩 光电二极管的 正
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