JPS5890788A

JPS5890788A - 半導体発光ダイオ−ドの駆動装置

Info

Publication number: JPS5890788A
Application number: JP56188809A
Authority: JP
Inventors: Toshio Takuji; 宅治　俊男
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1981-11-25
Filing date: 1981-11-25
Publication date: 1983-05-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、半導体発光ダイオード（以下　ＬＥＤと呼ぶ
）の駆動装置、特に入出力特性を改善させるための駆動
装置に関する。

近年の研究開発の進展によシ、半導体レーザやＬＥＤ　
を光源とした光通信システムが広く用いられる様になっ
てきた。特に発光部の半導体材料として、Ａｊ　ｘ　Ｇ
ａｓ　−ｘ　Ａ　ｓ　（０＜、　ｚ＜０．１　）を用い
九半導体レーザやＩＪＤを光源とする光通信システムは
、既に実用段階に入り九と言える。又、光ファイバの伝
送損失が最小となる波長ＩＰ帯の光通信システムも実用
化研究が進み、光源としてＩｎＧａＡｇＰを用いた半導
体レーずやＬＩＤの研究、開発が進んでいる。ところで
ムＬｚＱａｌ−ＸＡａ系の光源では、ＩＪ）の入力対光
出力特性の直線性が優れていることからアナログ変調方
式の光通信システムの光源としてＩＪＤが多く用いられ
ている。しかし、ＩｎＧａＡｓＰ系のＬＥＤは、入力対
先出力特性の直線性が悪い丸め、アナログ変調方式の光
通信システムの光源として用いることは困難であった。

この非直線性Ｂ、ＩｎＧａＡｓＰ＊ＬＥＤにおいて、一
般的に見られ、半導体材料固有の現象であると考えられ
ている。波長１μ犠帯の光通信システムは、伝送中継距
離を大きくとれることから、今後の光通信システムの中
心になると考えられるだけに、このＩｎＧｃＬＡｇＰｉ
ＬＥＤの非直線性は重大な欠点であった。

このようなＩＪＤの光出力の非直線性を改善する方法と
して、光出力をフィードバックさせる方法や、２つのＬ
ＥＤを用い一方を主信号源に、他方を非直線性を補う信
号源として用いる方法などが考えられる。しかし前者の
場合、光出力をモニターする受光素子が必要となること
や、フィードバック回路で歪の原因となる位相シフトが
新らたに生じるといった欠点がある。また、後者の場合
、光出力をモニターする受光素子が必要となることやＬ
ＥＤが２つ必要となるといった欠点がある。

また、補償回路を設ける方法として、トランジスタの増
中度を入力信号の増大に伴ない増加させるようにした補
償回路が、ＡＪＧ”Ａｓ　ＬＥＤにおいて用いられてい
る。しかし、この補償回路は、ＬＥＤ　の非直線性を表
わす定式に基づいた補償機能を有するものではないので
、調整が困難であるという欠点がある。さらにＡｊＧｃ
ＬＡｓ　ＬＥＤに比べ桁違いに直線性の悪い、従って補
償度の大きなＩｎＧ−ＡｓＰ　ＬＥＤＫは適さなかった
。

本発明は、このような欠点を除くためになされたもので
、ＬＥＤの非直線性を補償する駆動回路を設けることに
より容易に入力対光出力特性の直線性を向上させ、歪の
小さいアナログ変調を可能にするものである。

本発明の特徴は、ＬＥＤの入力対光出力特性の非直線性
を統一的に表わす定式を見出し、この定式に基づいて非
直線性を補償するようにＬＥＤを駆動させるととにある
。即ち、ｍ−ｖ化合物半導体から成゛る発光部を有する
半導体発光ダイオードを駆動する駆動装置において、入
力信号Ｉｓに対し出力信号ＩＤが、Ｉｎ＝ＣｔＩｓ＋ＣｇＩｓｒ（但しＣｓ、巳は比例定数
、１〈γ〈４）となる様に骸入力信号ＩＩを該出力信号
ＩＤに変換する補償回路を有し、該出力信号ＩＤに比例
し九駆動電流で該半導体発光ダイオードを駆動させるこ
とを特徴とする半導体発光ダイオードの駆動装置である
。

ＬＥＤとしてＩｎＧａＡａＰ／ＴｎＰダブルへテロ構造
面発光型ＬＥＤ　（以下略してＩｎＧａＡｓＰ　ＬＥＤ
と叶ぶ）を例にとって本発明について説明する。

第１図はＩｎＧ−ＡｉＰ　ＬＥＤの典型的な入力電流対
光出力特性（図中実線で示した）を示した図である。図
から分る様に、入力電流が増大するとともに、光出力の
直線（第１図中の点線）からのずれが大きくなυ、光出
力が飽和する。この様な光出力の飽和現象はＡ１．Ｇａ
Ａｓ系ＬＥＤでは与られず、ＩｎＧａＡｓＰ　ＬｇＤに
特徴的である。この飽和現象がオージェ再結合による非
発光電流に起因していることが、本発明者らの研究によ
シ、次のようにして実験的に明らかになった。即ち第１
図の様な飽和は、光出力に比例した発光電流Ｉｉｔの他
に光出力の直線からのずれに比例した非発光電流ＩＮＲ
の存在を示している。そこで、ＩＲ及びＩＮＫに対する
活性層の注入キャリヤ濃度（ｎ）依存性を調べた結果、
第２図に示した様にＩＲはｎの約２乗に比例し、ＩＮＲ
Ｉ′ｉｎの約３乗に比例していることが分った。さらに
　種々の活性層厚ｄ及び発光面積Ｓを有するＬＥＤにつ
いて同様に調べた結果、ＬＥＤの入力電流Ｉは、ＩＲと
ＩＮＫの和で、第（１）式の様に表わされることが明ら
かになった。

Ｉ＝ｅｄＳＢｎ／＋ａｄＳＡｎ”、β＝１〜２．α＝＞
４ｒ　ａ：］〉β・・・・・（１）（１）式において、
ｅは電子電荷、Ｂは発光再結合定数、人は非発光再結合
定数を示している。また（１）式の関係はｔｏｏ’ｋ　
〜ｓｏＯ°にの範囲で成立っておシα及びβの値は、温
度によらず一定で′ある乙とが分った。このようにＩｎ
ＧａＡａＰ　ＬＥＤの飽和の原因である非発光電流ＩＮ
Ｉ！が、注入キャリヤ誘度の約３乗に比例し、しかも電
流工が（１）式の碌な表式で表わされることから、この
ＩＮＲはオージェ再結合に起因していることが分った。

さらに、非発光再結合定数Ａの温度依存性も、オージェ
再結合の理論的解析結果とよく一致していた。以上の様
にＩｎＧ−ＡｓＰ　ＬＥＤの光出力の飽和の原因がオー
ジェ再結合であることが明らかにな９た。

さて、ＬＥＤの入力電流工が、注入キャリヤ浸度ｎによ
シ（１）式の様に統一的に表わせることが分りたので、
次に本発明の原理について述べる。（１）式でＩＲ＝　
ｅｄｓＢｎβであるので、（１）式を工λを用いて表わ
すと、（２）式の様になる。

光出力Ｐは１凰に比例するのでＰ＝ＲＩｉｓとすると、
（２）式は、特性即ち非直線性を統一的に表わす定式である。

そこで非直線性を補償してＬＥＤを駆動する丸めに、入
力信号ＩＩを、Ｉｓの関数である駆動電流ＩＤに変換し
光出力Ｐが、入力信号Ｉｓに対し直線性を有する（即ち
Ｐ＝ｍＩｓ）様に■Ｄを決める。

駆動電流ｉＤはＬＥＤに直接注入する電流であるので、
（３）式よシ光出力Ｐと、次式の関係にある。

又、入力信号ＩＩと光出力Ｐが比例関係に林のでＰ＝ｍ
Ｉ纂　　　　　　　　　・・・・・・（５）従って、入
力信号、Ｉｚと、駆動電流Ｉｎは、（４）、（５）式よ
シ、次式の一係にある。

ＩＤ＝Ｃｌ１１＋ＣｌｌＩｒ・・・・・・（６）ここで（１）式よりα＝２〜４、β＝１〜２、α〉βで
あるのでｒは、１（ｒ（４となる。

即ち、入力信号ＩＩを、（６）式の関数形で、駆動電流
ＩｎＫ変換する仁とＫよ）　、ＩｎＧ−ＡａＰ　ＬＥＤ
の入力対光出力特性の非直線性を補償することができ、
直線性の優れた入力対光出力特性が得られ、歪の小さい
アナログ変調を実現する仁とが可能となる。又、温度が
変ってもａ及びｌの値は一定であるので（６）式のｒの
値を変えることなく、非直線性を補償することができる
。

次に、本発明の一実施例について述べる。第３図は本実
施例のブロック図であり、１ｌＦｉ補償回路、１５はＩ
ｎＧａＡｓＰ　ＬＥＤを示す。入力信号Ｉｓを、回路１
２及び回路１３でそれぞれＣＩＩｍ及びＣｓＩ畠ｒに変
換する。次いで回路１４で加算し、駆動電ｉＩｏ、Ｉｎ
＝Ｃ１１１１＋Ｃ怠Ｉｓｒ、に変換する。このＩＤｆｒ
ＬＥＤ１５に印加することによシ、入力信号Ｉｓに比例
した光出力Ｐが得られる。ここで回路１２は、単なる増
巾であるので、アンプやトランジスタで容易に構成でき
る。又、回路１３は、べき乗と増巾機能を有するが、こ
れも現在ではＩＣとして容易に入手できる掛算関数増巾
回路とアンプ等で構成することができる。

例えは第３図には、γ＝１．５の場合の例を示している
。回路１６．１７．１９は、掛算回路で入力Ｘ、Ｙに対
し、積（Ｘ、Ｙ）を出力する。回路１８．２０は、例え
ばオペアンプなどのアンプである。回路１６の入力Ｘ１
とＹを、同じ値、”％にしておくと、出力ｅ６１．はｅ
ｌになる。このｅ＆１１を回路１７の一方に入力し、ｅ
↓を１７　の他方に入力すると、回路１８の出力ｅ９マ
は、ｅｌとなる。側路２２は開平（ルート）回路を構成
しており、入力（−Ｘ）に対し、平方根Ｗを出力する。

回路１８の出力Ｊｘをアンプ１８によ如符号を逆転させ
、−ｅθ２とし、回路２２に入力する。回路２２の出力
はソロ；−となるので回路１３の入力ｔＡに対し、出力
・＝ｔ、Ｓを得ることができる。他のｒの値についても
べき乗回路２１と、開平回路２２０組合せによシ同様に
して得ることができる。

又、Ｉγを得るのに第４図の様に対数変換回路を用いて
、構成することもできる。回路４１は対数変換回路で、
入力Ｘに対し、出力ＫｓＪすＩＩＩＣＩＸが得られる。

又、回路４２は逆対数変換回路で、入力Ｘに対し、出力
Ｃ５Ａｎｔｉ　ＬｔＩＢ・（−）が得られに重る。第４図に示したように、回路４１の出力を回路４２
に入力するような構成にすると、回路４１の入力６ｂに
対し、回路４１の出力１ｆ）ｉはＫＩＪ−ｔｙｌ。

（ＣｆｔＡ）となる。これを回路４２に入力すると、回
路４２の出力”ｄｌは、９１ｅ０７　＝ＣｇＡｎｔｌｊすｎ　（，７，）≦１＝Ｃ＠ＬＫ＊とな９、Ｃγ（ｒ　＝　ＫＩＡｒ、＊　）が得られる。

Ｋ１、Ｋ！の値は、抵抗４３．４４により変えるととが
できゐ。

このようにして、入力ｉｓに対し、出力Ｉｓγを得るこ
とができる。この実施例では、ｒの調整が容易にできる
という利点がある。このように本発明の駆動装＃により
第５図の曲線（イ）で示すように直線性の優れた入力対
光出力特性が得られた。

なお、第５図の曲線（ロ）は本発明の補償回路を用いな
い場合の光出力特性を示す。

これまで、ＬＥＤとして、ＩｎＧｚＡｇＰを発光層とす
るものについて述べてきたカヘ例えばＡＪＧαｐｓｂ。

ＡＪＧａＡａＳｏ　、ＧＪｎＡａＳｂ　％ルｌＩｎＡｓ
５Ｓｂ　、　ＡＪＧａＩｎＰといつた他の４元化合物半
導体や、ＩｎＡａＰ　％ＩｎＡ１Ｓｂ　　ＡＪＧ−８ｂ
　ＧａＡｓＳｂ　　ＧａＩｎＳｂといった３元化合物半
導体を発光層とするＬＥＤでもオージェ再結合がみられ
ると言われてお’）　、ＩｎＧａＡａＰＬＥＤと同様に
不発明を適用することができる。以上述べた様に、本発
明の駆動装置によシ、ＩＪＤの入力対光出力特性の非直
線性を補償し、ｆｉ綜性の優れた入力対光出力特性を、
容易に、しかも、他の光素子を用いることなく得ること
か可能になった。

特に、本発明の補償回路は、非直線性の関数形に適合し
た関数変換を行なうようにしであるので、従来の方法に
比べ補償機能が極めて優れてお９、しかも、温度変化中
、個々のＬＥＤに対する調整が容易にできるといった利
点を有する駆動装置である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ＬＥＤの入力電流対光出力特性を、第２図は
、発光電流Ｉｌ及び非発光電流Ｉｘｍと注入キャリヤ濃
度ｎの関係を、籐３図、第４図は、本発明の実施例のプ
ロ、り図を、第Ｓ図は、本発明の駆動装置で駆動したＩ
ＪＤの入力信号対先出力の関係をそれぞれ示す。図中、１１は補償回路、２１はべき東回路、２２は開平
回路、１番は加算回路、４１は対数変換回路、４２は逆
対数変換回路を示す。 ′＄Ｉ図入力電シ亀　（ｍＡ） ′＄Ｚ図シ主入キ菅すマ濃度ル（Ｃ洸−う第３図第５図 λカイ富号　　Ｉｓ

Claims

【特許請求の範囲】

半導体発光ダイオードを駆−する駆動装置において、入
力信号ＩＩに対し、出力信号ＩＤがＩＤ＝Ｃ，Ｉ％　＋
　Ｃ！　ＩＩ’　（ｆｆｌＬｃｓ、Ｇ　ハ比例定ｅ、　
　Ｋｒ＜４）となる様に鉄人力信号■８を皺出力信号Ｉ
ＩＩに変換する補償回路を有し、該出力信号ＩＤに比例
した駆動電流で該半導体発光ダイオードを駆動させるこ
とを特徴とする半導体発光ダイオードの駆動装置。