發光二極管,簡稱為LED,是一種常用的發光器件,通過電子與空穴復合釋放能量發光,它在照明領域應用廣泛。發光二極管可高效地將電能轉化為光能,在現代社會具有廣泛的用途,如照明、平板顯示、醫療器件等。這種電子元件早在1962年出現,早期只能發出低光度的紅光,之后發展出其他單色光的版本,能發出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線,光度也提高到相當的光度。
發光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成,也具有單向導電性。當給發光二極管加上正向電壓后,從P區注入到N區的空穴和由N區注入到P區的電子,在PN結附近數微米內分別與N區的電子和P區的空穴復合,產生自發輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態不同。當電子和空穴復合時釋放出的能量多少不同,釋放出的能量越多,則發出的光的波長越短。常用來制造LED的半導體材料主要有砷化鎵、磷化鎵、鎵鋁砷、磷砷化鎵、銦鎵氮、銦鎵鋁磷等III-V族化合物半導體材料,其他還有IV族化合物半導體碳化硅、II-VI族化合物硒化鋅等。LED發光二極管不同無機半導體材料及發光顏色見下表所示:
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LED發光二極管不同無機半導體材料及發光顏色 | ||
LED材料 | 材料化學式 | 顏色 |
鋁砷化鎵?砷化鎵?砷化鎵磷化物磷化銦鎵?鋁磷化鎵(摻雜氧化鋅) | AlGaAs GaAsP AlGaInP GaP:ZnO | 紅色及紅外線 |
鋁磷化鎵?銦氮化鎵/氮化鎵?磷化鎵?磷化銦鎵鋁?鋁磷化鎵 | InGaN/GaN GaP AlGaInP AlGaP | 綠色 |
磷化鋁銦?鎵砷化鎵?磷化物?磷化銦鎵鋁?磷化鎵 | GaAsPAlGaInP AlGaInP GaP | 高亮度的橘紅色,橙色,黃色,綠色 |
磷砷化鎵 | GaAsP | 紅色,橘紅色,黃色 |
磷化鎵?硒化鋅?銦氮化鎵?碳化硅 | GaP ZnSe InGaN SiC | 紅色,黃色,綠色 |
氮化鎵 | GaN | 綠色,翠綠色,藍色 |
銦氮化鎵 | InGaN | 近紫外線,藍綠色,藍色 |
碳化硅(用作襯底) | SiC | 藍色 |
硅(用作襯底) | Si | 藍色 |
藍寶石(用作襯底) | Al2O3 | 藍色 |
硒化鋅 | ZnSe | 藍色 |
鉆石 | C | 紫外線 |
氮化鋁,氮化鋁鎵 | AlN AlGaN | 波長為遠至近的紫外線 |
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1.發光二極管
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