1.2.2 LED的发光过程

LED的发光过程如图1-4所示。

图1-4 LED的发光过程

LED的实质性结构是半导体P-N结，核心部分由P型半导体和N型半导体组成的晶片。在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为P-N结。其发光过程可以用P-N结的能带结构来做解释。制作半导体发光二极管的半导体材料是重掺杂的，热平衡状态下的N区有很多迁移率很高的电子，P 区有较多的迁移率较低的空穴。在常态下，因为 PN 结阻挡层的限制，二者不能发生自然复合。而当给P-N结加以正向电压时，由于外加电场方向与势垒区的自建电场方向相反，因此势垒高度降低，势垒区宽度变窄，破坏了P-N结动态平衡，产生少数载流子的电注入。空穴从P区注入N区，同样电子从N区注入到P区，注入的少数载流子将同该区的多数载流子复合，不断地将多余的能量以光的形式辐射出去，如图1-4所示。

注：图1-4中几个名词解释。

价带：在孤立原子中，电子是从低能级向高能级依次向上填满。在单晶中，电子是从低能级向高能级依次向上填充，被填满的能带称为满带。满带受原子核的束缚较强，满带的最上层能带称为价带，价带顶部能级用E+表示。

导带：在满带上方，具有一系列空的能带，最下层的空带称为导带，导带底部能级用E-表示。原子核对位于跃迁到空带上的电子作用微弱，故空带中的电子也称自由电子。

禁带：在价带和导带之间没有能带存在，这部分区域称为禁带。禁带宽度用 Eg表示。Eg可以用来区分导体、半导体和绝缘体。价带、导带、禁带之间的关系如图1-5所示。

图1-5 半导体能级图