LED的發(fā)光原理解析

本文的關鍵要點

當電流流過半導體晶片時，p型半導體的空穴和n型半導體的電子復合，使LED發(fā)光。

LED的發(fā)光波長會因發(fā)光元件的材料及其比例而異。

LED元器件基礎

目錄

LED為什么會發(fā)光？

LED的發(fā)光原理

LED為什么會發(fā)光？

在我們的生活中，LED的使用非常廣泛（比如顯示器和照明等），那么，它們究竟是如何發(fā)光的呢？

例如，燈泡和熒光燈是通過燈絲發(fā)熱和放電現(xiàn)象等間接地將電能轉(zhuǎn)化為光能而發(fā)光的，而LED則是通過直接將電能轉(zhuǎn)化為光能來發(fā)光的。因此，可以說LED屬于電-光轉(zhuǎn)換效率非常高的產(chǎn)品。

本文將為您介紹LED中使用的半導體元件的發(fā)光原理。

※在本文中，為了區(qū)別于“元件（發(fā)光元件）”，我們將封裝后的產(chǎn)品稱為“LED（或LED產(chǎn)品）”。

LED的發(fā)光原理

LED（Light Emitting Diode，發(fā)光二極管）中元件的基本結(jié)構(gòu)是p型半導體和n型半導體結(jié)合而成的“pn結(jié)”半導體。

※p型半導體（+：positive 空穴多的半導體）、 n型半導體（-：negative 電子多的半導體）

在該元件上施加正向電壓時，空穴（帶正電）和電子（帶負電）向p-n結(jié)方向移動，兩者因復合而消失。此時產(chǎn)生的多余能量會被轉(zhuǎn)化為光能，從而實現(xiàn)發(fā)光。這種現(xiàn)象稱為“復合發(fā)光”。

※電子（帶負電）和空穴（帶正電）復合釋放出多余的能量而發(fā)光。

發(fā)光元件的材料

常見的二極管主要由Si（硅）和 Ge（鍺）等材料制成，但這些單質(zhì)半導體在電子和空穴復合時不容易發(fā)光，因此LED使用的是GaN、GaAs、InP等復合時容易發(fā)光的化合物半導體。

通過使這些組合的半導體（比如GaAsP、AlGaAs、InGaAlP、AlGaN等組合）在特定的襯底上晶面平行向外推移生長（外延生長）來獲取發(fā)光元件的功能。

因材料而異的發(fā)光顏色

作為LED元件的材料——化合物半導體，會根據(jù)其材料的組成和比例而發(fā)出各種波長的光（紅色和綠色等可見光、紅外光、紫外光等）。

另外，發(fā)光顏色還會因復合前后的電子能級而異。因多余而被轉(zhuǎn)化為光的能級能量差（帶隙能量）越大，光的波長就越短。