R课堂|LED元器件发光原理科普

在我们的生活中，LED的使用非常广泛（比如显示器和照明等），那么，它们究竟是如何发光的呢？

例如，灯泡和荧光灯是通过灯丝发热和放电现象等间接地将电能转化为光能而发光的，而LED则是通过直接将电能转化为光能来发光的。因此，可以说LED属于电-光转换效率非常高的产品。

本文将为您介绍LED中使用的半导体元件的发光原理。

※在本文中，为了区别于“元件（发光元件）”，我们将封装后的产品称为“LED（或LED产品）”。

LED（Light Emitting Diode，发光二极管）中元件的基本结构是p型半导体和n型半导体结合而成的“pn结”半导体。

※p型半导体（+：positive 空穴多的半导体）、 n型半导体（-：negative 电子多的半导体）

在该元件上施加正向电压时，空穴（带正电）和电子（带负电）向p-n结方向移动，两者因复合而消失。此时产生的多余能量会被转化为光能，从而实现发光。这种现象称为“复合发光”。

※电子（带负电）和空穴（带正电）复合释放出多余的能量而发光。

常见的二极管主要由Si（硅）和 Ge（锗）等材料制成，但这些单质半导体在电子和空穴复合时不容易发光，因此LED使用的是GaN、GaAs、InP等复合时容易发光的化合物半导体。

通过使这些组合的半导体（比如GaAsP、AlGaAs、InGaAlP、AlGaN等组合）在特定的衬底上晶面平行向外推移生长（外延生长）来获取发光元件的功能。

作为LED元件的材料——化合物半导体，会根据其材料的组成和比例而发出各种波长的光（红色和绿色等可见光、红外光、紫外光等）。

另外，发光颜色还会因复合前后的电子能级而异。因多余而被转化为光的能级能量差（带隙能量）越大，光的波长就越短。