一、 半导体发光二极管工作原理、特性及应用
1) Nj.#) kRqe&N e (一)LED发光原理
'81c>qA eX'U d% 发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物,如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的,其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性,即正向导通,反向截止、击穿特性。此外,在一定条件下,它还具有发光特性。在正向电压下,电子由N区注入P区,空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光,如图1所示。
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+_1sFH` 假设发光是在P区中发生的,那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光,或者先被发光中心捕获后,再与空穴复合发光。除了这种发光复合外,还有些电子被非发光中心(这个中心介于导带、介带中间附近)捕获,而后再与空穴复合,每次释放的能量不大,不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大,光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的,所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。
d_7hh xF6byTi 理论和实践证明,光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽
s#H_QOE 度Eg有关,即
an2Yluc; )&j@ ={0 ????λ≈1240/Eg(mm)
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* ..7"<"uH 式中Eg的单位为电子伏特(eV)。若能产生可见光(波长在380nm紫光~780nm红光),半导体材料的Eg应在3.26~1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管,但其中蓝光二极管成本、价格很高,使用不普遍。
|:]}u|O H[RX~Xk2E (二)LED的特性
yoH,4,! G &grqRt 1.极限参数的意义
_FxeZ4\ &y&HxV (1)允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值,LED发热、损坏。
m*.+9 6 jG{OLF6 ! (2)最大正向直流电流IFm:允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。
14DhJUV"b %j@@J\G! (3)最大反向电压VRm:所允许加的最大反向电压。超过此值,发光二极管可能被击穿损坏。
r{KQ3j9O 2ZEDyQM (4)工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围,发光二极管将不能正常工作,效率大大降低。
DTlId~Dyq p\R&vof* 2.电参数的意义
{y'4&vt<~ L1Jn@ (1)光谱分布和峰值波长:某一个发光二极管所发之光并非单一波长,其波长大体按图2所示。
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<eZ*LK? 由图可见,该发光管所发之光中某一波长λ0的光强最大,该波长为峰值波长。