2016-11-16
LED是一種PN結(jié)器件，和一般的整流二極管一樣，也具有二極管單向?qū)щ姷奶匦裕?具有整流特性；但它在外加正偏壓的情況下，還會發(fā)出某種波長的光，把電能轉(zhuǎn)換為光能。
因而它是一種“電致發(fā)光”器件。在LED中，我們利用的是PN結(jié)的發(fā)光特性，而不是它的整流。另一邊摻受主雜質(zhì)，在邊界面上會形成一個PN 結(jié)。在摻施主雜質(zhì)的N型半導(dǎo)體區(qū)一邊有大量的低濃度的P區(qū)擴散，即有電子擴散到P型半導(dǎo)體區(qū)一邊，就好像一滴墨水滴在一杯清水里，墨汁 會向四周擴散一樣；與此同時，在摻受主雜質(zhì)的 P型半導(dǎo)體區(qū)一邊有大量的空穴，它在濃度梯度作用下也會擴散到N型半導(dǎo)體區(qū)一邊，這種相互擴散導(dǎo)致在PN結(jié)附近的P區(qū)和N區(qū)只留下了帶負、正電荷的不能移動的雜質(zhì)離子，結(jié)果就 會形成一個髙度為eAF的勢壘，阻止電子、空穴的進一步擴散，最終達到平衡狀態(tài)。在PN 結(jié)附近只有空間電荷的薄層稱為空間電荷層或稱為空乏層（表示沒有可移動的載流子），它所 建立的勢壘將阻止載流子的進一步擴散，最終使流過PN結(jié)的電流為零。
加正偏壓時，即P型材料接電源的正極，N型材料接電源的負極時，PN結(jié)的勢壘降低,使P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ降膮^(qū)域擴散，形成較大的正向電流。 注入P區(qū)的電子和能級處于價帶附近的空穴在PN結(jié)附近相遇，就會發(fā)生復(fù)合（由P區(qū)注入N 區(qū)的空穴也會與該區(qū)的電子復(fù)合)，電子與空穴復(fù)合時，能級是從較高的導(dǎo)帶躍遷到較低的價 帶，這樣就會有多余的能量以光子的形式釋放出來。顯然，導(dǎo)帶與價帶之間的能量差越大，即 材料的禁帶寬度（或稱帶隙）越大，光子攜帶的能量就越高。
注入P區(qū)的電子可以直接與能級處于價帶的空穴復(fù)合，也可以先被發(fā)光中心（其能級靠 近導(dǎo)帶附近）捕獲，釋放一部分能量后再與空穴復(fù)合，將多余的能量以光子的形式釋放出來, 這時也能觀察到PN結(jié)發(fā)光現(xiàn)象；如果這些電子被非發(fā)光中心捕獲，由于非發(fā)光中心的能級 位于導(dǎo)帶與價帶的中間附近，電子與空穴復(fù)合時所釋放的能量不大，便不能形成可見光?；?者，半導(dǎo)體材料本身的禁帶寬度（帶隙）Eg不大，每次復(fù)合時不能釋放出足夠多的能量，也 不可能形成可見光，而是以熱能的形式釋放出來。發(fā)光的電子-空穴對復(fù)合量相對于電子-空 穴對的比例越大，PN結(jié)的發(fā)光量子效率越髙，發(fā)出的光越強。對于LED來說，我們希望非 發(fā)光的電子-空穴對的復(fù)合量相對于發(fā)光的電子-空穴對的復(fù)合量越少越好。
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