LED發(fā)光二極管的發(fā)光機(jī)理詳細(xì)圖解

1.p-n結(jié)電子注入發(fā)光
　 圖1、圖2表示p-n結(jié)未知電壓是構(gòu)成一定的勢(shì)壘；當(dāng)加正向偏置時(shí)勢(shì)壘下降，p區(qū)和n區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ綌U(kuò)散。由于電子遷移率μ比空穴遷移率大得多，出現(xiàn)大量電子向P區(qū)擴(kuò)散，構(gòu)成對(duì)P區(qū)少數(shù)載流子的注入。這些電子與價(jià)帶上的空穴復(fù)合，復(fù)合時(shí)得到的能量以光能的形式釋放。這就是P-N結(jié)發(fā)光的原理。


P-N結(jié)發(fā)光的原理圖1



P-N結(jié)發(fā)光的原理圖2

　　發(fā)光的波長(zhǎng)或頻率取決于選用的半導(dǎo)體材料的能隙Eg。如Eg的單位為電子伏（eV） ,
Eg=hv/q=hc/(λq)
λ=hc/(qEg)=1240/Eg (nm)
　　半導(dǎo)體可分為置接帶隙和間接帶隙兩種，發(fā)光二極管大都采用直接帶隙材料，這樣可使電子直接從導(dǎo)帶躍遷到價(jià)帶與空穴復(fù)合而發(fā)光，有很高的效率。反之，采用間接帶隙材料，其效率就低一些。下表列舉了常用半導(dǎo)體材料及其發(fā)射的光波波長(zhǎng)等參數(shù)。




3.異質(zhì)結(jié)注入發(fā)光
　　為了提高載流子注入效率，可以采用異質(zhì)結(jié)。圖4表示未加偏置時(shí)的異質(zhì)結(jié)能級(jí)圖，對(duì)電子和空穴具有不同高度的勢(shì)壘。圖5表示加正向偏置后，這兩個(gè)勢(shì)壘均減小。但空壘的勢(shì)壘小得多，而且空穴不斷從P區(qū)向n區(qū)擴(kuò)散，得到高的注入效率。N區(qū)的電子注入P區(qū)的速率卻較小。這樣n區(qū)的電子就越遷到價(jià)帶與注入的空穴復(fù)合，而發(fā)射出由n型半導(dǎo)體能隙所決定的輻射。由于p取得能隙大，光輻射無(wú)法把點(diǎn)自己發(fā)到導(dǎo)帶，因此不發(fā)生光的吸收，從而可直接透射處發(fā)光二極管外，減少了光能的損失。



圖4




圖5

　 發(fā)光二極管與半導(dǎo)體二極管同樣加正向電壓，但效果不同。發(fā)光二極管把注入的載流子轉(zhuǎn)變成光子，輻射出光。一般半導(dǎo)體二極管注入的載流子構(gòu)成正向電流。應(yīng)嚴(yán)格加以區(qū)別。