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半导体发光二极管的发光机理是什么?


​半导体发光二极管和半导体激光器类似,也是一个PN结,也是利用外电源向PN结注入电子来发光的。半导体发光二极管记作LED,是由P型半导体形成的P层和N型半导体形成的N层,以及中间的由双异质结构成的有源层组成。有源层是发光区,其厚度为0.1~0.2μm左右。半导体发光二极管的发光机理是什么?
发光二极管
原子、分子和某些半导体材料,能分别吸收和放出一定波长的光或电磁波。根据固体能带论,半导体中电子的能量状态分为价带和导带,当电子从一个带中能态E1跃迁(转移)到另一带中的能态E2时,就会发出或吸收一定频率(υ)的光。υ与能量差(ΔE=E2-E1)成正比,即

υ=ΔE/h (Hz)

此式称为玻尔条件。式中h=6.626×10-34J·s。当发光二极管工作时,在正偏下,通常半导体的空导带被通过结向其中注入的电子所占据,这些电子与价带上的空穴复合,放射出光子,这就产生了光。

发射的光子能量近似为特定半导体的导带与价带之间的带隙能量。这种自然发射过程叫作自发辐射复合。显然,辐射跃迁是复合发光的基础。注入电子的复合也可能是不发光的,即非辐射复合。

在非辐射复合的情况下,导带电子失去的能量可以变成多个声子,使晶体发热,这种过程称为多声子跃迁;也可以和价带空穴复合,把能量交给导带中的另一个电子,使其处于高能态,再通过热平衡过程把多余的能量交给晶格,这种过程称为俄歇复合。

随着电子浓度的提高,这种过程将变得更加重要。带间跃迁时,辐射复合和非辐射复合的两种过程相互竞争。有的发光材料表现为辐射复合占优势。

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