LED的结构和发光原理

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1、LED的结构和发光原理一、LED结构传统的LED的从本结构如图1-1所示.它主要的部分是一个PN结管芯。常规5mm的LED是将边长0.25mm的正方形管芯粘结或烧结在被固定在带引线的金属支架上，有反射杯的引线为阳极，支架上端的面积较大，很容易辨认(这里顺便指出，不少出版物以讹传讹，把有反射杯的一端当做阴极，其实是错误的);而管芯的阴极通过球形触点与金丝键合为内引线.与另一根支架相连，该支架上端尺寸较小.通过支架上端的尺寸很容易区分它的阳极和阴极。另外，阳极、阴极两根引线一般不一样长，较长的一报为阳极;如两根引线一样长，则在管壳上有一个凸起的小舌.靠近小舌的引线为阳极。管芯的顶

2、部用沾净的、透光的环氧树脂包封，以保护内部PN结管芯和引线不受外界侄蚀，环氧树脂怕可以采用不同的形状和材料，通过掺或不掺散色剂，让它起透镜或漫射进镜的作用，以控制光的发散角，提高PN结管芯发出的光的出光率。反射杯的作用是收集从管芯侧面、界面所发出的光，使之向期望的方向角发射。由于受环氧树脂相的保护.管芯又很小，所以LED是一种具有很好的抗振和抗冲击能力的光源。二、LED的发光原理LED是一种PN结器件.和一般的整流二极管一样.也具有二极管单向导电的特性，即具有整流特性;但它在外加正偏压的情况下，还会发出某种波长的光.把电能转换为光能，因而它是一种“电致发光.器件。在LED中.

3、我们利用的是PN结的发光特性，而不是它的整流特性。要弄清楚LED发光的原理.必须从半导体PN结的墓本结构谈起，下面我们用图1-2所示的PN结和电子空穴的能级图来说明LED的发光原理。大家知道，在高纯半导体中一边掺施主杂质，另一边掺受主杂质，在边界面上会形成一个PN结。在拾施主杂质的N型半导体区一边有大最的电子，它在浓度梯度作用下会从高浓度的N区向低浓度的P区扩敬，即有电子扩散到P型半导体区一边.就好像一滴墨水滴在一杯清水里，墨汁会向四周扩散一样;与此同时.在掺受主杂质的P型半导体区一边有大盆的空穴，它在浓度梯度作用下也会扩散到N型半导体区一边，这种相互扩散导致在PN结附近的P

4、区和N区只留下了带负、正电荷的不能移动的杂质离子，结果就会形成一个高度为eAV的势垒.阻止电子、空穴的进一步扩胜，最终达到平衡状态。在PN结附近只有空间电荷的薄层称为空间电荷层或称为空乏层(表示没有可移动的载流子).它所建立的势垒将阻止载流子的进一步扩散，最终使流过FN结的电流为零。加正偏压时，即P型材料接电派的正极，N型材料接电源的负极时，FN结的势垒降低，变为eAV(AV>AV).使P区和N区的多数载流子向对方的区城扩散，形成较大的正向电流。注入P区的电子和能级处于价带附近的空穴在PN结附近相遇，就会发生复合(由P区注入N区的空穴也会与该区的电子复合)，电子与空穴复合时，

5、能级是从较高的导带跃迁到较低的价带.这样就会有多余的能盆以光子的形式释放出来。显然，导带与价带之间的能盆差越大，即材料的禁带宽度(或称带除)越大，光子倪带的能量就越裔。由下面的讨论(见式1-1)知，光子的波长和它所携带的能最多少有关，能最越高，对应的光的波长就越短:反之，则波长越长。在可见光的频谱范围内(波长为380^-780nm).当复合释放出的光子能盈较多时，可见光为波长较短的蓝光、紫光;当释放出的光子能童较少时.可见光为波长较长的橘红光、红光。注入P区的电子可以直接与能级处于价带的空穴复合，也可以先被发光中心(其能级8近导带附近)捕获.释放一部分能量后再与空穴复合，将多

6、余的能长以光子的形式释放出来，这时也能观察到PN结发光现象:如果这些电子被非发光中心捕获，由于非发光中心的能级位于导带与价带的中间附近.电子与空穴复合时所释放的能最不大，便不能形成可见光。或者，半导体材料本身的禁带宽度(带隙)Es不大，每次复合时不能释放出足够多的能里，也不可能形成可见光，而是以热能的形式释放出来。发光的电子·空穴对复合盆相对于电子·空穴对的比例越大.PN结的发光且子效率越高，发出的光越强。对于LED来说.我们希望非发光的电子·空穴对的复合且相对于发光的电子·空穴对的复合量越少越好。由于复合是在少数载流子扩散区进行井发光的，所以，光仅在靠近PN结面数徽米以内的

7、区城产生.PN结附近是有效的发光区域(有的资料译为活性区或有派区).