半導體發光二*管和半導體激光器類似,也是一個PN結,也是利用外電源向PN結注入電子來發光的。半導體發光二*管記作LED,是由P型半導體形成的P層和N型半導體形成的N層,以及中間的由雙異質結構成的有源層組成。有源層是發光區,其厚度為0.1~0.2μm左右。
發光機理
原子、分子和某些半導體材料,能分別吸收和放出一定波長的光或電磁波。根據固體能帶論,半導體中電子的能量狀態分為價帶和導帶,當電子從一個帶中能態E1躍遷(轉移)到另一帶中的能態E2時,就會發出或吸收一定頻率(υ)的光。υ與能量差(ΔE=E2-E1)成正比,即υ=ΔE/h (Hz)此式稱為玻爾條件。式中h=6.626×10-34J·s。當發光二*管工作時,在正偏下,通常半導體的空導帶被通過結向其中注入的電子所占據,這些電子與價帶上的空穴復合,放射出光子,這就產生了光。發射的光子能量近似為特定半導體的導帶與價帶之間的帶隙能量。這種自然發射過程叫作自發輻射復合(圖1)。顯然,輻射躍遷是復合發光的基礎。注入電子的復合也可能是不發光的,即非輻射復合。在非輻射復合的情況下,導帶電子失去的能量可以變成多個聲子,使晶體發熱,這種過程稱為多聲子躍遷;也可以和價帶空穴復合,把能量交給導帶中的另一個電子,使其處于高能態,再通過熱平衡過程把多余的能量交給晶格,這種過程稱為俄歇復合。隨著電子濃度的提高,這種過程將變得更加重要。帶間躍遷時,輻射復合和非輻射復合的兩種過程相互競爭。有的發光材料表現為輻射復合占優勢。
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