LED发光二极管的发光机理详细图解

LED发光二极管的发光机理

1.p-n结电子注入发光
　 图1、图2表示p-n结未知电压是构成一定的势垒；当加正向偏置时势垒下降，p区和n区的多数载流子向对方扩散。由于电子迁移率μ比空穴迁移率大得多，出现大量电子向P区扩散，构成对P区少数载流子的注入。这些电子与价带上的空穴复合，复合时得到的能量以光能的形式释放。这就是P-N结发光的原理。


P-N结发光的原理图1



P-N结发光的原理图2

　　发光的波长或频率取决于选用的半导体材料的能隙Eg。如Eg的单位为电子伏（eV） ,
Eg=hv/q=hc/(λq)
λ=hc/(qEg)=1240/Eg (nm)
　　半导体可分为置接带隙和间接带隙两种，发光二极管大都采用直接带隙材料，这样可使电子直接从导带跃迁到价带与空穴复合而发光，有很高的效率。反之，采用间接带隙材料，其效率就低一些。下表列举了常用半导体材料及其发射的光波波长等参数。




3.异质结注入发光
　　为了提高载流子注入效率，可以采用异质结。图4表示未加偏置时的异质结能级图，对电子和空穴具有不同高度的势垒。图5表示加正向偏置后，这两个势垒均减小。但空垒的势垒小得多，而且空穴不断从P区向n区扩散，得到高的注入效率。N区的电子注入P区的速率却较小。这样n区的电子就越迁到价带与注入的空穴复合，而发射出由n型半导体能隙所决定的辐射。由于p取得能隙大，光辐射无法把点自己发到导带，因此不发生光的吸收，从而可直接透射处发光二极管外，减少了光能的损失。



图4




图5

　 发光二极管与半导体二极管同样加正向电压，但效果不同。发光二极管把注入的载流子转变成光子，辐射出光。一般半导体二极管注入的载流子构成正向电流。应严格加以区别。