LED基本原理

發光二極體是一種特殊的二極體。和普通的二極體一樣,發光二極體由半導體晶片組成,這些半導體材料會預先透過注入或攙雜等工藝以產生p、n架構。與其它二極體一樣,發光二極體中電流可以輕易地從p極(陽極)流向n極(陰極),而相反方向則不能。兩種不同的載流子:電洞電子在不同的電極電壓作用下從電極流向p、n架構。當電洞和電子相遇而產生複合,電子會跌落到較低的能階,同時以光子的模式釋放出能量(光子也即是我們常稱呼的光)。

它所發射出的光的波長(顏色)是由組成p、n架構的半導體物料的禁帶能量決定。由於間接帶隙材料,在常溫下,這些材料內電子與電洞的複合是非輻射躍遷,此類躍遷沒有釋出光子,而是把能量轉化為熱能,所以矽和鍺二極體不能發光(在極低溫的特定溫度下則會發光,必須在特殊角度下才可發現,而該發光的亮度不明顯)。發光二極體所用的材料都是直接帶隙型的,因此能量會以光子形式釋放,這些禁帶能量對應著近紅外線可見光、或近紫外線波段的光能量。

發展初期,採用砷化鎵(GaAs)的發光二極體只能發射出紅外線或紅光。隨著材料科學的進步,新研發成功的發光二極體能夠發射出頻率越來越高的光波。現今,已可製成各種顏色的發光二極體。

二極體通常建構於N型基板,在其表面沉積一層P型半導體,用電極連結在一起。P型基板比較不常見,但也有被使用。很多商業發光二極體,特別是GaN/InGaN,也會使用藍寶石基板。