发光二极管,简称为LED,是一种常用的发光器件,通过电子与空穴复合释放能量发光,它在照明领域应用广泛。发光二极管可高效地将电能转化为光能,在现代社会具有广泛的用途,如照明、平板显示、医疗器件等。这种电子元件早在1962年出现,早期只能发出低光度的红光,之后发展出其他单色光的版本,能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线,光度也提高到相当的光度。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成,也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后,从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子,在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同,释放出的能量越多,则发出的光的波长越短。常用来制造LED的半导体材料主要有砷化镓、磷化镓、镓铝砷、磷砷化镓、铟镓氮、铟镓铝磷等III-V族化合物半导体材料,其他还有IV族化合物半导体碳化硅、II-VI族化合物硒化锌等。LED发光二极管不同无机半导体材料及发光颜色见下表所示:
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LED发光二极管不同无机半导体材料及发光颜色 | ||
LED材料 | 材料化学式 | 颜色 |
铝砷化镓 砷化镓 砷化镓磷化物磷化铟镓 铝磷化镓(掺杂氧化锌) | AlGaAs GaAsP AlGaInP GaP:ZnO | 红色及红外线 |
铝磷化镓 铟氮化镓/氮化镓 磷化镓 磷化铟镓铝 铝磷化镓 | InGaN/GaN GaP AlGaInP AlGaP | 绿色 |
磷化铝铟 镓砷化镓 磷化物 磷化铟镓铝 磷化镓 | GaAsPAlGaInP AlGaInP GaP | 高亮度的橘红色,橙色,黄色,绿色 |
磷砷化镓 | GaAsP | 红色,橘红色,黄色 |
磷化镓 硒化锌 铟氮化镓 碳化硅 | GaP ZnSe InGaN SiC | 红色,黄色,绿色 |
氮化镓 | GaN | 绿色,翠绿色,蓝色 |
铟氮化镓 | InGaN | 近紫外线,蓝绿色,蓝色 |
碳化硅(用作衬底) | SiC | 蓝色 |
硅(用作衬底) | Si | 蓝色 |
蓝宝石(用作衬底) | Al2O3 | 蓝色 |
硒化锌 | ZnSe | 蓝色 |
钻石 | C | 紫外线 |
氮化铝,氮化铝镓 | AlN AlGaN | 波长为远至近的紫外线 |
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1.发光二极管
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