半导体发光二来自极管和半导体激光器类似，也是一个PN结，也是利用外电源向PN结注入电子来发光的。半导体发光二极管记作LED，是由P型半导体形成的P层和N型半导体形成的N层，以及中间的由双般杂被异质结构成的有源层组成。有源层是发光区，其厚度为0.1~0.2μm左右。
半导体发光二极管的结构公差没有激光器那么严格，而且推右时啊石拿积设这义财无谐振腔。所以，所发出的光不是激光，而是荧光。LED是外加正向电压工作的器件。在正向偏压作用下，N区的电子将向正方向扩散，进入有源层控迫金良翻等，P区的空穴也将向负方向扩散，进入有源层。进入有源层的电子和空穴由于异质结势垒的作用，而被来自封闭在有源层内，就形成了粒子数反转分布。这些在有源层内粒子数反转分布的电子，经跃迁与空穴复合时，将产生自发辐射光。
半导体发光二极管的结构简单，体积小，工作电流小，使用方便，成本低，所以在光电系统中的应用极为普遍。
图1.半导体发光二极管 在正向偏置下，半导体PN结或与其类似的结构能够发出可见光或近红外光，这种把电能直接转换为光能的器件称为发光二极管，简找找孔样着那越称LED。
发光是物体内部以某种方式储存的能量转化为光辐射的过程。发光物体的光辐射是材料中受激发的电子跃迁到基态时产生的。半导体(主要是元素周期表中Ⅲ族和Ⅴ族元素构成的化合物半导体)发光二极管属于电流激发360百科的电致发光器件。
电致发光现象发现于1923年，当时并没有引起人们的注意。随着近代技术的发展，对发光器件提出了新的要求，希望发光管简单、可靠、寿命长、价格低、小型化。所以自60年代开始电致发光的研究非常活跃搞。
来自 原子、分子和某些半导体材料，能分别吸收和放出一定罪居些远阶见金专官急波长的光或电磁波。根据固体能带论，半导体中电子的引九掌功本能量状态分为价带和导带，当电子从一个带中能态E1跃迁(转移)到另一带中的能态E2时，就会发出或吸收一定频率(υ)的光。υ与能量差(ΔE=E2-E1)成正比，即
υ=ΔE/h (Hz)
此式称为玻尔条件。式中h=6.626×10-34J·360百科s。当发光二极管工作时，在正在果偏下，通常半导体的空导带被通过结向其中注入的电子所占据，这些电子与价带上的空穴复合，放射出光子，这就产生了光。发射的光子能量近围则施战检语之似为特定半导体的导带与价带之间的带隙能量。这种自然发射过程叫作自发辐射复合(图1)。济攻组凯却顶玉夫械显然，辐射跃迁是复合发光的基础。注入电子的复合也可能是不发光的，即非辐射复合。在非辐射复合的情况下，导带电子失去的能量可以变成多个声子，使晶体发热，这种过程称为多声子跃迁;也政务油搞据火死可以和价带空穴复合，把能量交给导带中的另一个电子，使其处于高能态，再通过热平衡过程把多余的能量交给晶格，这种过程称为俄歇复合。随着电子浓度的提高，这种过程将变得更加重要。带间跃迁时，辐抗改月镇它兵扬同射复合和非辐射复合的两种过程相互竞争。有的发光材料表现为辐射复合占优势。
LED的结构依应用和材料掺杂情况而异。用于可见光指示和显示方面的LED,要求结构最佳化以获得高效率;用于光通信方面的LED,需要有高辐射度以把最大功率耦合入纤维，还希望有较办东边感这供大的调制能力。用作指示灯和显示器的LED的基本结构见真洋简伤矿图2。
半导体发光二极管
光通信用 LED的发射波长必须在光纤呈现低损耗的窗口区。0.8~0.9微米的GaAlAs-GaAs发光管和1.3~1.6微米革胜肉部承的InGaAsP-InP发光管,波长分别落在石英纤维的第一和第二个透明窗口。为了与纤维耦合,光可以从LE验课防操元别D的一面或一边提取。
①提高内量子效率,要求尽量减少晶体缺陷和有害杂质;②提高外量子效率，结构要便于光收集、提取和发射;③可以用携载信息的输出电流直接对光输出进行高速率的调制;④结构要有利于散热，减少因结温上升引起光功率下降;⑤要有高的辐射度，因此必须应用直接带隙半导体和能否志够在高电流密度下驱动的结构。
在低压(低于2伏包起准齐打办既帮试越)、小电流(几十毫安句施斗味适二磁单均担至200毫安)下工作,功耗小、体积小、可直接与固体电路连接使用;稳定、可靠、寿命长(105~106品伤根设治表检善载农给小时);调制方便，通过调制利似困药刚省速以已LED的电流来调制光输出;光输出响应速度比较快(1~100兆赫);价格便宜。 应用 LED可用作指示灯、文字-数字显示、光耦合器件、光通信系统光源等。
LED光通量的计算
φ=2πÌ(1-cos½α)
①输出光功率与电流和温度的关系，如图3所示。对表面出光器件，在驱动电源较小时，输出功率随电流线性增大，电流较大时变为亚线性，量子效率也随之降低，这是发热温升引起的。超辐射二极管因存在相当大的增益，使器件存在很强的超线性行为，温度敏感性随增益提高而增强;②光谱特性，表面发光的LED光谱属自发辐射谱。发射波长为0.85μm的
GaAlAs(镓铝砷)器件，光谱宽度约为40nm。1.3μm的InGaAsP(铟镓砷磷)器件为ll0nm。端面出光LED，由于沿有源区长度方向的自吸收，谱宽比面出光LED窄，对超辐射二极管，光增益的出现使光谱进一步变窄;③输出功率和调制带宽，影响LED输出功率和调
制带宽的因素有界面非辐射复合，自吸收和载流子漏泄等。这些因素又与器件参数有关，诸如掺杂浓度、少数载流子扩散长度、吸收系数、有源层厚度，双异质结中有源层与限制层的带隙能量差和注入电流密度等，这些参数又是相关的。调制带宽与输出功率呈倒数关系，对特定的材料和工艺水平其功率与带宽乘积也不同。
用作指示灯的LED有两种结构:径向引线结构和轴向引线结构。前者尺寸小、价格低，适宜安装在印刷电路板上;后者既可安装在仪器面板上，又可直接安装在印制线路板上。专为印制线路板设计的最小的LED指示灯，可与晶体管和集成电路兼容，用来指示电路状态和故障。LED可作为电视频道调谐指示器,还可用于高保真度收音机和录音机以及汽车、飞机和机电工业。大多数指示灯是单管芯，新发展的还有双色灯和多色灯。
LED用作袖珍计算器。数字手表和电子仪表的数字显示，一般为七段显示。但对台式计算器,更灵活的显示方式(产生全文字-数字)是35点矩阵，其中LED装成7×5阵列。35点矩阵价格较高、驱动电路复杂，其应用不及七段显示器件广泛。 光耦合器件 GaAs(或GaAsP)LED和Si-PN结探测器相结合，可以制成许多新型器件，进行光-电和电-光的传递，通常称为光耦合器件。熟知的是光耦合隔离器，它高速、可靠并可提供高至2.5千伏的电隔离。GaAsLED与Si晶体管相结合制成穿孔卡片或磁带的光电子读数头，比钨丝灯径向分布可靠、稳定、抗震和功耗小。采用光耦合器件的汽车点火装置，省油、易起动、工作平稳。GaAlAs负阻发光二极管可用作发光开关、可控发光整流器和光波长转换等。
通信、信息处理和光耦合等应用要求LED有良好的方向性。适于光通信应用的两种主要光源是高辐射度LED和半导体注入激光器。LED稳定、可靠、寿命长、驱动电路简单、功率对温度不敏感，广泛用作中、短距离(铁路、电力、交通、公安等)光通信系统的光源。GaAlAs-GaAs面发光管的带宽为10~20兆赫，适用于二次群光通信系统(可传输120路电话),传输距离大于5公里。GaAlAs-GaAs快速边发光管带宽50~100兆赫，适用于三级群光通信系统(可传输480路电话)，传输距离数公里。InGaAsP-InP LED可用于更长距离(大于10公里)的传输系统。此外，LED还用于信息处理、图像传输、测距和传感等方面。
图4 LED结构
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