发光二极管( LED)的发光原理及特性
半导体材料
为了方面讨论方便起见，我们先复爿螳有关半导体材料的知识。大家知道，我们周围的一切物质按照导电能力的大小可以分为导体、半导体和绝缘体三大类。能导电的叫导体；不能导电的叫绝缘体；导电能力介于导体和绝缘体之间的叫半导体，半导体的电导率在厘米之间。
半导体之所以有泛的用途，足因为它的导电性能具有以r两个显著的特点。和纯净的半导体内掺人不同类型的杂质，可以彤成导电类型不同的半导体。例如掺杂价的施主杂质，得到型半导体；掺杂价的受土杂质，贴片钽电容得到型半导体。型材料中参与导电的载流子为电子，在型材料中参与导电的载流子为卒穴。半导体电阻率的变化受杂质含量多少的影响很大，例如半导体硅只要含有亿分之一的硼，其电阻率就会下降到原来的千分之一。
一般地，半导体材料必须先提纯，然后通过严格控制的掺杂，加入不同类型前杂质，才能制作出合格的中导体器件。
半导体的许多电参数受外界条件的影响很大。例如当温度升高或受光照射后，它的性能将发生改变，电阻率下降，T491C476K006AT势垒降低。
半导体材料的种类很多，按其化学成分的不同，呵以分为元素半导体和化合物半导体两人类。1元素半导体仅由单一元素组成的半导体材料，称为元素半导体。元素半导体在元素周期表中的位置.震中用粗线围起来的元素组成的物质都可以算作兀素半导体。2 L珏皿驱动芯尸T住厦理与电路设元素半导体仅由一种元素组成。日前品常用的、最典型的兀素半导体仃锗、硅和硒，它们的制作I艺成熟、应用广泛、贴片钽电容产最高。半导体业中有着广泛的应用。早期的半导体器件人多是用锗制成的，这和对它的研究较早、制作较易，艺成熟有戈。锗的缺点是禁带宽度E.较小为0.75eV，不适宜制作大功率器件；其次，锗的表面不像硅那样容易形成一层既可保护体内，又可利用光刻实现杂质选择扩散的_氧化硅层；最后，锗是一种稀有元素，蟓材料稀缺，所以今天矿逐步被硅所取代。
硅：与锗相比，硅的熔点为1 420'C，比锗、南，其禁特宽度最比锗大，为载流于迁移率比锗低。作为半导体材料，KEMET钽电容硅有许多优点：禁带宽度人，适宜做耐高温、耐辐射的器件，硅器件的温度稳定性比锚器什的要高；其次，硅的表面容易生成一层二氧化硅膜，叮以有效保护器件的内部结构，同时又可阻挡杂质的侵入，从而为应用外短艺做硅下面晶体管和集成电路创造了有利条件。
硒：占足-种光电半导体材料，既可以制造整流器和太阳能电池，又叫用在干印装置和摄像机中。由于硒是一种稀有物质，加之同响的缺点，所以日前应用不是很广。
化合物半导体化赍物半导体由两种或两种以上的物质化台而成，它的特点是材料品种繁多，成分和结构复杂，制作单晶相对比较困难。贴片钽电容化台物半导体是前半导体材料研究的重点，发展出很快。它是制作LED的重要基石，制造LED时要用到各式各样的化合物半导体。
制造LED和制造平面晶体管、集成电路一样，旨先需要生成衬底（或称基片），然后在衬底-利用外延方法（例如液相外延、气相外延、分子束外延或金属有机物化学气相淀积外延等）制成PN结，再经过芯片制造、封装等工艺，最肝制成一个合格的LED。LED的衬底材料和外延材料都要用到化合物半导体。
对于LED衬底所用的材料，要求其结构特性好（即与外延材料的品格结构相近），界面特陆好，有利丁外延材料牛K等。日前LED的衬底材料有：监宝石(Al2。。)、碳化硅、硅、氯化镓、砷化镓等。
在制戒衬底以后，耍在衬底r外延生成PN结，这是制造LED的项重要T艺过程。外蜓材料村底材料可以相同（称为同质外延），也r叮以不同（称为异质外延）。它是LED的核心
材料，决定LED的发光波长、亮度、发光效率、功率等。一般外延层所用的材料大都是V 族化合物半导体。制作的外延材料必须满足以下的出要求。
要有足够宽的禁带宽度E。由r LED的PN结在通过电流时发出的光的波长础决于PN结材料的禁带宽度B，两者之间的关系可以表示为,1 240/E。。为了发出可见光（波长的范匿为380—780nm），要求半导件材料的禁带宽度1.75eV;如要发出波长较短的蓝光或紫外光，LED 外延材料的丘值还要更大些，应犬于3eV。一般兀素半导体是不能满足这个要求的，这也是普通山锗或硅半导体制成的PN结在止向偏置下不能发光的原因。一般的化台物半导体都具有比兀素半导体更宽的禁带宽度；同时，在确定了LED的发光波长后，还叫以通过调节多元半导体材料的组分配比来控制它的禁带宽度丘值，例如对于铝铟镓磷材料，町以通过选择合适的组分配比来控制它的禁带宽度，进而改变它的发光颜色，使它的颜色由黄色变为深红，得到红、黄、绿等不同颜色。
鉴于上面提到这毡原洲，找们在制作LED时，必须选择化台物半导体做外延材料。发光极管LED的发光原理厦特生。
能够制作高电导率的P型、咀半导体晶体，KEMET钽电容以获得良好的PN结。晶体必颁有足够的电导牢才一，以提供高发光效率所需婴的电子一空穴列，为此，掺杂浓度应水低下cm3。为减小止向串联电阻，应堪量选用戡流予迁移率岛的材料，采用良好的外延T岂5t适的掺杂材料，以及选择正确的掺杂浓度和温度。
能够乍成没有晶格缺陷和质的晶体。晶格缺陷和庙会形成非发光复合中心，从而聋低LED发光的内吐了娥枣和总发光效丰。摔制外延晶体的质量的愫有很多，如衬底材料、晶体的外延牛长工岂和力法等。
发光复合牢人。T491D476K006AT于发光复合率直接影响发圯效率，所前高亮度LED和超纳亮度LED大都采崩县有较大的发光复合率的阿接跃迁（政称商接带隙型）半导体材料来制造，从得到较苛晌发光效率。
根据以上这些要求，LED外蜓所用的材料九都是ⅢV族化台物半导体，例如砷化镓、磷化镓、镓铝舯、铝钢镓磷、钒钢镓氯，其他的还肯Ⅳ族化台物碳化硅成V Vi族化台物硒化砷等。dycsm%ddz
光敏二极管和光敏三极管简介及应用 光敏二极管和光敏三极管是光电转换半导体器件，与光敏电阻器相比具有灵敏度高、高频性能好，可靠性好、体积小、使用方便等优。 一、光敏二极管 1．结构特点与符号 光敏二极管和普通二极管相比虽然都属于单向导电的非线 性半导体器件，但在结构上有其特殊的地方。 光敏二极管在电路中的符号如图Z0129 所示。光敏二极管 使用时要反向接入电路中，即正极接电源负极，负极接电 源正极。 2．光电转换原理 根据PN结反向特性可知，在一定反向电压范围内，反向电 流很小且处于饱和状态。此时，如果无光照射PN结，则因 本征激发产生的电子-空穴对数量有限，反向饱和电流保持不变，在光敏二极管中称为暗电流。当有光照射PN结时，结内将产生附加的大量电子空穴对（称之为光生载流子），使流过PN结的电流随着光照强度的增加而剧增，此时的反向电流称为光电流。不同波长的光（兰光、红光、红外光）在光敏二极管的不同区域被吸收形成光电流。被表面P型扩散层所吸收的主要是波长较短的兰光，在这一区域，因光照产生的光生载流子（电子），一旦漂移到耗尽层界面， 就会在结电场作用下，被拉向N区，形成部分光电流；彼长较长的红光，将透过P型层在耗尽层激发出电子一空穴对，这些新生的电子和空穴载流子也会在结电场作用下，分别到达N区和P 区，形成光电流。波长更长的红外光，将透过P型层和耗尽层，直接被N区吸收。在N区内因光照产生的光生载流子（空穴）一旦漂移到耗尽区界面，就会在结电场作用下被拉向P区，形成光电流。因此，光照射时，流过PN结的光电流应是三部分光电流之和。 二、光敏三极管 光敏三极管和普通三极管的结构相 类似。不同之处是光敏三极管必须 有一个对光敏感的PN结作为感光 面，一般用集电结作为受光结，因 此，光敏二极管实质上是一种相当 于在基极和集电极之间接有光敏二 极管的普通二极管。其结构及符号 如图Z0130所示。 三、光敏二极管的两种工作状态 光敏二极管又称光电二极管，它是 一种光电转换器件，其基本原理是 光照到P-N结上时，吸收光能并转变为电能。它具有两种工作状态：
LED发光二极管 半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、M字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。事实上，数码管、符号管、M字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。 一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用（一）LED发光原理发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。
假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。（二）LED的特性 1．极限参数的意义（1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。（2）最大正向直流
光敏二极管(光电二极管)基础知识 什么光敏二极管光敏二极管工作原理 光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。 光电二极管（也称光敏二极管）是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于微安），称为暗电流。当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子。 它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。 光敏二极管特性曲线
光电流---正电压特性 短路电流---照度特性
波长分布特性光敏二极管的特点 应用时反向偏置连接 没光照射，呈现极高阻值 有光照射时，电阻减小 可作光控关关 光敏二极管的符号及接线图 光敏二极管符号
光敏二极管接线图 光电二极管与光电三极管的联系与区别 光电二极管、光电三极管是电子电路中广泛采用的光敏器件。光电二极管和普通二极管一样具有一个PN结，不同之处是在光电二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射，实现光电转换，在电路图中文字符号一般为VD。光电三极管除具有光电转换的功能外，还具有放大功能，在电路图中文字符号一般为VT。光电三极管因输入信号为光信号，所以通常只有集电极和发射极两个引脚线。同光电二极管一样，光电三极管外壳也有一个透明窗口，以接收光线照射。
LED发光二极管工作原理、特性及应用 半导体发光器件包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。 一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用 （一）LED发光原理 发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光，如图1所示。 假设发光是在P区中发生的，那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光，或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心（这个中心介于导带、介带中间附近）捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。
理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Ｅg有关，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的单位为电子伏特（eV）。若能产生可见光（波长在380nm紫光～780nm红光），半导体材料的Eg应在3.26～1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。 （二）LED的特性 1．极限参数的意义 （1）允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。 （2）最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 （3）最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。 （4）工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。 2．电参数的意义 （1）光谱分布和峰值波长：某一个发光二极管所发之光并非单一波长，其波长大体按图2所示。由图可见，该发光管所发之光中某一波长λ0的光强最大，该波长为峰值波长。 2）发光强度IV：发光二极管的发光强度通常是指法线（对圆柱形发光管是指其轴线）方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为（1/683）W/sr时，则发光1坎德拉（符号为cd）。由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。 （3）光谱半宽度Δλ:它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之间隔. （4）半值角θ1/2和视角：θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向（法向）的夹角。半值角的2倍为视角（或称半功率角）。 图3给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线（法线）AO的坐标为相对发光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上的相对发光强度为1，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。
光敏电阻伏安特性、光敏二极管光照特性(FB815型光敏传感器光电特性实验仪 ) 凡是将光信号转换为电信号的传感器称为光敏传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接由光照明度变化引起的非电量，如光强、光照度等;也可间接用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。 光敏传感器的物理基础是光电效应，通常分为外光电效应和内光电效应两大类，在光辐射作用下电子逸出材料的表面，产生光电子发射现象，则称为外光电效应或光电子发射效应。基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。另一种现象是电子并不逸出材料表面的，则称为是内光电效应。光电导效应、光生伏特效应都是属于内光电效应。好多半导体材料的很多电学特性都因受到光的照射而发生变化。因此也是属于内光电效应范畴，本实验所涉及的光敏电阻、光敏二极管等均是内光电效应传感器。 通过本设计性实验可以帮助学生了解光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、硅光电池与光学纤维的光电传感特性及在某些领域中的应用。 【实验原理】 1(光电效应: (1)光电导效应: 当光照射到某些半导体材料上时，透过到材料内部的光子能量足够大，某些电子吸收光子的能量，从原来的束缚态变成导电的自由态，这时在外电场的作用下，流过半导体的电流会增大，即半导体的电导会增大，这种现象叫光电导效应。它是一种内光电效应。
光电导效应可分为本征型和杂质型两类。前者是指能量足够大的光子使电子离开价带跃入导带，价带中由于电子离开而产生空穴，在外电场作用下，电子和空穴参与电导，使电导增加。杂质型光电导效应则是能量足够大的光子使施主能级中的电子或受主能级中的空穴跃迁到导带或价带，从而使电导增加。杂质型光电导的长波限比本征型光电导的要长的多。 (2)光生伏特效应: 在无光照时，半导体结内部有自建电场。当光照射在结及其附近时，在能量PNPN 足够大的光子作用下，在结区及其附近就产生少数载流子(电子、空穴对)。载流子在结区外时，靠扩散进入结区;在结区中时，则因电场的作用，电子漂移到区，空穴漂移EN到区。结果使区带负电荷，区带正电荷，产生附加电动势，此电动势称为光生电动PPN 势，此现象称为光生伏特效应。 2(光敏传感器的基本特性: 光敏传感器的基本特性则包括:伏安特性、光照特性等。 伏安特性: 光敏传感器在一定的入射光照度下，光敏元件的电流与所加电压之间的关系称为IU光敏器件的伏安特性。改变照度则可以得到一族伏安特性曲线。它是传感器应用设计时的重要依据。 光照特性: 光敏传感器的光谱灵敏度与入射光强之间的关系称为光照特性，有时光敏传感器的输出电压或电流与入射光强之间的关系也称为光照特性，它也是光敏传感器应用设计时选择参数的重要依据之一。
光敏二极管特性实验 一、实验目的 通过实验掌握光敏二极管的工作原理及相关特性，了解光敏二极管特性曲线及其测试电路的设计。 二、基本原理 1、光敏二极管工作原理（详见红外功率可调光源曲线标定实验）。 2、光敏二极管特性实验原理 光敏二极管在应用中一般加反向偏压，使得其产生的光电流只与光照度有关。图1-9中，当光照为零时，光敏二极管不会产生广生载流子，也没有其他电流流过，整个电路处于截止状态；当有光照时，光敏二极管产生光电流，由于放大器的正负输入端虚短，放大器输出负电压。再二级放大，然后用跟随器输出。并且光照越强，输出电压越大。 R2680 总线模块 光电检测综合试验台的总 线模块 +5V -5V AGND +12V -12V 222426 40 PIN1 光敏二极管 PIN2 电流流向 A V GND VCC Vin ADJ R11K LED C9013R2680 +5V 0~5V GND 实验台 R V A AGND
2_+ 3+5V -5V 74 2_+ 3+5V -5V 74 2_+ 3+5V -5V 74 -5V +5V 2224AGND 40 图1-9 光敏二极管特性测试图 三、实验仪器 1、光电检测与信息处理实验台（一套） 2、红外功率可调光源探头 3、红外接收探头 4、光电信息转换器件参数测试实验板 5、万用表 6、光学支架 7、导线若干 四、实验步骤 1、按图1-9连接实验线路。 （1）把光电信息转换器件参数测试实验板插在光电检测综合试验台的总线模块PLUG64－1、PLUG64－2、PLUG64－3的任意位置上； （2）由光敏二极管探头的两个输出接线端PIN1、PIN2分别引出导线连接到试验台的总线模块的22（负极）和24
发光二极管特性参数 IF 值通常为 20mA 被设为一个测试条件和常亮时的一个标准电流，设定不同的值用以测试 二极管的各项性能参数，具体见特性曲线图。 IF 特性： 1. 以正常的寿命讨论，通常标准 IF 值设为 20 － 30mA ，瞬间（ 20ms ）可增至 100mA。 2. IF 增大时 LAMP 的颜色、亮度、 VF 特性及工作温度均会受到影响，它是正常工作时的一个先决条件， IF 值增大：寿命缩短、 VF 值增大、波长偏低、温度上升、亮度增大、 角度不变，与相关参数间的关系见曲线图； 1.VR （ LAMP 的反向崩溃电压） 由于 LAMP 是二极管具有单向导电特性，反向通电时反向电流为 0 ，而反向电压高到一定程度时会把二极管击穿，刚好能把二极管击穿的电压称为反向崩溃电压，可以用 “ VR ”来表示。 VR 特性： 1. VR 是衡量 P/N 结反向耐压特性，当然 VR 赿高赿好； 2. VR 值较低在电路中使用时经常会有反向脉冲电流经过，容易击穿变坏； 3. VR 又通常被设定一定的安全值来测试反向电流（ IF 值），一般设为 5V ； 4. 红、黄、黄绿等四元晶片反向电压可做到 20 － 40V ，蓝、纯绿、紫色等晶片反向 电压只能做到 5V 以上。 2.IR （反向加电压时流过的电流） 二极管的反向电流为 0 ，但加上反向电压时如果用较精密的电流表测量还是有很小的电流，只不过它不会影响电源或电路所以经常忽略不记，认为是 0 。 IR 特性： 1. IR 是反映二极管的反向特性， IR 值太大说明 P/N 结特性不好，快被击穿； IR 值 太小或为 0 说明二极管的反向很好； 2. 通常 IR 值较大时 VR 值相对会小， IR 值较小时 VR 值相对会大； 3. IR 的大小与晶片本身和封装制程均有关系，制程主要体现在银胶过多或侧面沾胶， 双线材料焊线时焊偏，静电亦会造成反向击穿，使 IR 增大。
光敏传感器的光电特性研究 (FB815型光敏传感器光电特性实验仪) 凡是将光信号转换为电信号的传感器称为光敏传感器，也称为光电式传感器，它可用于检测直接由光照明度变化引起的非电量，如光强、光照度等；也可间接用来检测能转换成光量变化的其它非电量，如零件直径、表面粗糙度、位移、速度、加速度及物体形状、工作状态识别等。光敏传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点，因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。 光敏传感器的物理基础是光电效应，通常分为外光电效应和光电效应两大类，在光辐射作用下电子逸出材料的表面，产生光电子发射现象，则称为外光电效应或光电子发射效应。基于这种效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。另一种现象是电子并不逸出材料表面的，则称为是光电效应。光电导效应、光生伏特效应都是属于光电效应。好多半导体材料的很多电学特性都因受到光的照射而发生变化。因此也是属于光电效应畴，本实验所涉及的光敏电阻、光敏二极管等均是光电效应传感器。 通过本设计性实验可以帮助学生了解光敏电阻、光敏二极管的光电传感特性及在某些领域中的应用。 【实验原理】 1．光电效应： （1）光电导效应： 当光照射到某些半导体材料上时，透过到材料部的光子能量足够大，某些电子吸收光子的能量，从原来的束缚态变成导电的自由态，这时在外电场的作用下，流过半导体的电流会增大，即半导体的电导会增大，这种现象叫光电导效应。它是一种光电效应。 光电导效应可分为本征型和杂质型两类。前者是指能量足够大的光子使电子离开价带跃入导带，价带中由于电子离开而产生空穴，在外电场作用下，电子和空穴参与电导，使电导增加。杂质型光电导效应则是能量足够大的光子使施主能级中的电子或受主能级中的空穴跃迁到导带或价带，从而使电导增加。杂质型光电导的长波限比本征型光电导的要长的多。 （2）光生伏特效应： 在无光照时，半导体PN结部有自建电场。当光照射在PN结及其附近时，在能量足 够大的光子作用下，在结区及其附近就产生少数载流子（电子、空穴对）。载流子在结区外时，靠扩散进入结区；在结区中时，则因电场E的作用，电子漂移到N区，空穴漂移到P区。结果使N区带负电荷，P区带正电荷，产生附加电动势，此电动势称为光生电动势，此现象称为光生伏特效应。
LED特性测量实验 【实验目的】 1、了解LED的发光机理、光学特性与电学特性，并掌握其测试方法。 2、设计简单的测试装置，并对发光二极管进行V－I特性曲线、P—I特性曲线的测量。 【实验装置】： LED(白光和黄绿光)，精密数显直流稳流稳压电源，积分球（Φ＝30cm），多功能光度计，光功率计，直尺，万用表，导线、支架等。 【实验原理】 1、发光二极管的发光原理 发光二极管的核心部分是由p型半导体和n型半导体组成的芯片。p型半导体和n型半导体在相互接触的时候，由于两者的功函数或者说是费米能级的不同，p区中的空穴就会流向n 区，而n区中的电子也会扩散到p区中去，同时产生建电势差，产生耗尽层，当载流子的扩散运动和漂移运动平衡时候pn结就达到平衡状态，如图3所示。pn结正向偏置的时候，建电势差变小，势垒的高度变小，以载流子的扩散运动为主，电子和空穴就会更容易克服势垒分别流向p区和n区。在p－n结耗尽层处，电子和空穴相遇，复合，电子由高能级跃迁到低能级，电子将多余的能量以发射光子的形式释放出来，产生电致发光现象。这就是发光二极管的发光理论。 图3 图4 2、发光二极管的主要特性 （1）光通量
LED 光源发射的辐射波长为λ的单色光，在人眼观察方向上的辐射强度和人眼瞳孔对它所的立体角的乘积，称为光通量ΦV （单位是流明lm ），具体是指LED 向整个空间在单位时间发射的能引起人眼视觉的辐射通量。 光通量的测量以明视觉条件作为测量条件，测量光通量必须要把LED 发射的光辐射能量收集起来，可以用积分球来收集光能。测量的探测器应具有CIE 标准光度观测者光谱效率函数的光谱响应。LED 器件发射的光辐射经积分球壁的多次反射，使整个球壁上的照度均匀分布，可用一置于球壁上的探测器来测量这个光通量成比例的光的照度。基于实验室提供的资料，由积分原理，积分球任一没有光直接照明的点的光照度为：2 41E R ρ πρ Φ= -。其中Φ为光源的光照度，R 为积分球的半径，ρ为积分球壁的反射率。所以测量得到球壁上任一点的光照度就可以求得光源的光通量了。 （2） 发光强度 发光强度表示在指定方向上光源发光的强弱。若某个光源在法线方向上，辐射强度为(1/683)W/sr （即一单位立体角度光通量为1流明时），则称其发光强度为1坎德拉(candela )，符号为cd 。 要求光源是一个点光源，或者要求光源的尺寸和探测器的面积与离光探测器的距离相比足够小(这种要求被称为远场条件)。一般使用CIE 推荐的“平均发光强度”的概念：照射在离LED 一定距离处的光探测器上的通量，与探测器构成的立体角的比值。 CIE 对近场条件下的LED 测量，有两个推荐的标准条件：CIE 标准条件A 和B 。两个条件都要求所用的探测器有一个面积为1cm 2 的圆入射孔径，LED 面向探测器放置，并且保证LED 的机械轴通过探测器的孔径中心。本实验中使用的是亮度比较低的LED ，所以使用条件B ，使LED 顶端到探测器的距离为100mm 。 （3） 发光效率 （4） V －I 特性 由于在耗尽层中的载流子复合有一定的几率，在正向电压小于阈值电压时，耗尽层中的载流子很少，复合几率也比较低，正向电流极小，不发光。当电压超过阈值后，正向电流随电压迅速增加。由V －I 曲线可以得出LED 的正向电压，反向电流以及反向电压等参数。
摘要 (2) 关键词 (2) 一引言 (3) 二实验原理 (4) 2.1发光二极管的基本工作原理 (4) 2.2伏安特性 (5) 三实验部分 (7) 3.1实验装置 (7) 3.2实验内容 (7) 3.2.1发光二极管伏安特性的测量 (7) 3.2.2. 开启电压法测波长由开启电压 (7) 3.2.3注意事项 (8) 3.3实验数据记录与处理 (8) 3.4实验结论 (14) 四结束语 (15) 五实验心得 (16) 参考文献 (17) 致谢 (18)
摘要 本文主要测量红光，白光，蓝光，绿光和黄光五种发光二极管的正向伏安特性可使我们深入理解发光二极管的发光原理、特性及其测量方法。通常以电压为横坐标、电流为纵坐标，画出该元件电流和电压的关系曲线，称为该元件的伏安特性曲线。 Abstract In this paper, measure the red, white, blue, green and yellow, five light-emitting diode forward voltage characteristics allows us to understand the light-emitting diode light-emitting principle, characteristics and measurement methods. Usually abscissa voltage, current vertical axis, draw the curve of the components of current and voltage, known as the volt-ampere characteristic curve of the component. 关键词 发光二极管伏安特性电流源法 Keyword Light-emitting diodes Volt-ampere characteristic Current source method
光敏二极管和光敏三极管 光敏二极管和光敏三极管是光电转换半导体器件，与光敏电阻器相比具有灵敏度高、高频性能好，可靠性好、体积小、使用方便等优。 一、光敏二极管 1．结构特点与符号 光敏二极管和普通二极管相比虽然都属于单向导电的非线性半导体器件，但在结构上有 其特殊的地方。 光敏二极管在电路中的符号如图Z0129 所示。光敏二极管使用时要反向接入电路中，即正极接电源负极，负极接电源正极。 2．光电转换原理 根据PN结反向特性可知，在一定反向电压范围内，反向电流很小且处于饱和状态。此时，如果无光照射PN结，则因本征激发产生的电子-空穴对数量有限，反向饱和电流保持不变，在光敏二极管中称为暗电流。当有光照射PN结时，结内将产生附加的大量电子空穴对（称之为光生载流子），使流过PN结的电流随着光照强度的增加而剧增，此时的反向电流称为光电流。 不同波长的光（兰光、红光、红外光）在光敏二极管的不同区域被吸收形成光电流。被表面P型扩散层所吸收的主要是波长较短的兰光，在这一区域，因光照产生的光生载流子（电子），一旦漂移到耗尽层界面，就会在结电场作用下，被拉向N区，形成部分光电流；彼长较长的红光，将透过P型层在耗尽层激发出电子一空穴对，这些新生的电子和空穴载流子也会在结电场作用下，分别到达N区和P区，形成光电流。波长更长的红外光，将透过P型层和耗尽层，直接被N区吸收。在N区内因光照产生的光生载流子（空穴）一旦漂移到耗尽区界面，就会在结电场作用下被拉向P区，形成光电流。因此，光照射时，流过P N结的光电流应是三部分光电流之和。 二、光敏三极管 光敏三极管和普通三极管的结构相类似。不同之处是光敏三极管必须有一个对光敏感的PN结作为感光面，一般用集电结作为受光结，因此，光敏二极管实质上是一种相当于在基极和集电极之间接有光敏二极管的普通二极管。其结构及符号如图Z0130所示。 当人射光子在基区及集电区被吸收而产生电子一空穴对时，便形成光生电压。由此产生的光生电流由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了β倍的信号电流。因此，光敏三极管是一种相当干将基极、集电极光敏二极管的电流加以放大的普通晶体管放大。 1、判断光敏三极管C、E极性，方法是用万用表20M电阻测试档，测得管阻小的时候红表棒端触脚为C极，黑表棒为E极。 2、暗电流测试： 按图（11）接线，稳压电源用±12V，调整负载电阻RL阻值，使光敏器件模板被遮光罩盖住时微安表显示有电流，这即是光敏三极管的暗电流，或是测得负载电阻RL上的压降V暗，暗电流LCEO=V暗/RL。（如是硅光敏三极管，则暗电流可能要小于10-9A，一般不易测出。 3、光电流测试： 缓慢地取开遮光罩，观察随光照度变化测得的光电流I光的变化情况，并将所测数据填入下表：
光敏二极管的分光灵敏度特性 在使用光敏二极管的时候，无论如何都应当知道其分光灵敏度特性。所谓分光灵敏度特性，如图 1.7 所示，它表示的是光敏二极管对于不同波长的光具有多高的灵敏度。 如果对光敏二极管照射波长为λ的光，那么该二极管每吸收一个光子，都会产生一对能够形成光电流的载流子。但是，每个光子能否被该二极管吸收，取决于该光子的能量是否超过制作该光敏二极管的半导体材料的禁带能级宽度Eg。 波长为λ的光的光子能量 Eph 可以表示为： 式中，h 是普朗克常数（6.626×10 -34J·s）;c 是光速（3×108m/s）；λ是光的波长（m）。 当 Eph＞Eg 时，产生光电流；当 Eph＜Eg 时，没有光电流产生。当光敏二极管的材料为 Si（硅）的时候，Eg =1.1eV，从式（1.1）可知，该光敏二极管对于波长λ＞1100mm 的光照射没有感知灵敏度.光敏二极管的波长感知灵敏度特性如图 1.8 所示。
图1.7中的 BS120 与 PH302B 所用的材料都是 Si，所以他们呢本身的特性都应当如图1.8 所示；然而由于它们各自对应的用途不同。而配置了不同的滤光片，BS120 配置的是视觉校正滤光片，PH302B 配置的是遮挡可见光的滤光片，于是它们就有了图 1.7 所示的不同的特性。 与 Si 材料相比，GaAsP 的禁带宽度 Eg 更大一些，因此用 GaAsP 制作而成的光敏二极管的分光灵敏度会往波长更短的方向移动。有关这一点，从图 1.8 中可以看得比较清楚。不过，通过改变 GaAsP 中 GaAs 与 GaP 结晶比的方法，可以改变 Eg 的大小。 图 1.7 中的 G3614 就是用 GaAsP 制作而成的，它在紫外线领域具有灵敏度，因此可以用作紫外线的检测。
发光二极管主要参数与特性 https://www.doczj.com/doc/9316954317.html,发布日期：2007-2-5 17:12:17 信息来源：LED 发光二极管主要参数与特性 LED是利用化合物材料制成pn结的光电器件。它具备pn结结型器件的电学特性：I-V特性、C -V特性和光学特性：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。 1、LED电学特性 1.1 I-V特性表征LED芯片pn结制备性能主要参数。LED的I-V特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。 如左图： (1) 正向死区：（图oa或oa′段）a点对于V0 为开启电压，当V＜Va，外加电场尚克服不少因载流子扩散而形成势垒电场，此时R很大；开启电压对于不同LED其值不同，GaAs为1V，红色GaAsP为1.2V，GaP为1.8V，GaN为2.5V。 （2）正向工作区：电流I F与外加电压呈指数关系 I F = I S (e qVF/KT –1) -------------------------I S 为反向饱和电流。 V＞0时，V＞V F的正向工作区I F 随V F指数上升 I F = I S e qVF/KT （3）反向死区：V＜0时pn结加反偏压 V= - V R 时，反向漏电流I R（V= -5V）时，GaP为0V，GaN为10uA。 （4）反向击穿区 V＜- V R ，V R 称为反向击穿电压；V R 电压对应I R为反向漏电流。当反向偏压一直增加使V＜- V R时，则出现I R突然增加而出现击穿现象。由于所用化合物材料种类不同，各种LED的反向击穿电压V R也不同。 1.2 C-V特性 鉴于LED的芯片有9×9mil (250×250um)，10×10mil，11×11mil (280×280um)，12×12mi l (300×300um)，故pn结面积大小不一，使其结电容（零偏压）C≈n+pf左右。 C-V特性呈二次函数关系（如图2）。由1MH Z交流信号用C-V特性测试仪测得。 1.3 最大允许功耗PF m 当流过LED的电流为I F、管压降为U F则功率消耗为P=U F×I F LED工作时，外加偏压、偏流一定促使载流子复合发出光，还有一部分变为热，使结温升高。若结温为Tj、外部环境温度为Ta，则当Tj＞Ta时，内部热量借助管座向外传热，散逸热量（功率），可表示为P = K T（Tj – Ta）。 1.4 响应时间 响应时间表征某一显示器跟踪外部信息变化的快慢。现有几种显示LCD（液晶显示）约10-3~1 0-5S，CRT、PDP、LED都达到10-6~10-7S（us级）。 ① 响应时间从使用角度来看，就是LED点亮与熄灭所延迟的时间，即图中t r 、t f 。图中t0值很小，可忽略。 ② 响应时间主要取决于载流子寿命、器件的结电容及电路阻抗。 LED的点亮时间——上升时间t r是指接通电源使发光亮度达到正常的10%开始，一直到发光亮度达到正常值的90%所经历的时间。
项目说明书 张益鑫39032517 赵正39032510 王冬39032526 第一部分：发光二极管特性的研究 摘要： 在我们的生活中，随处可见到各种各样的发光二极管，包括半导体发光二极管（简称LED）、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏（简称矩阵管）等。事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管，在众多类型的发光二极管中，我们选择了使用较为普遍的红色LED（图1）做为重点，研究了它的内部结构，电学特性，发光特性。 图 1 我们重点研究的二极管 实验原理 一、发光二极管结构 以红色发光二极管为例，我们将其切开，可以清楚的看到其内部结构，它的核心是PN 结，正是由于PN结的单向导电性，所以发光二极管只有通以正向电压时才可以发光，当PN 结承受反向电压时，电阻趋于无穷大，二极管截止，不会发光。
图 2 剖开的红色LED 二、 LED发光原理 -Ⅳ族化合物，如砷化镓、磷化镓、磷砷化镓等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N 在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流（多子）复合而发光，如下图所示： 图 3 LED发光原理图 三、 LED的电学特性
1.LED的常见电学参数 通过查找资料，我们找到了LED的一些常用参数： 1.1允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。 1.2最大正向直流电流IFm：允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 1.3最大反向电压VRm：所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。 1.4正向工作电流If：它是指发光二极管正常发光时的正向电流值。在实际使用中应根 据需要选择IF在0.6·IFm以下。 1.5正向工作电压VF：参数表中给出的工作电压是在给定的正向电流下得到的。一般是 在 IF=20mA时测得的。发光二极管正向工作电压VF在1.4～3V。在外界温度升高时，VF 将下降。 2.LED的伏安特性 在LED两端加上不同的电压，测得多组（U—I）值，可以得到LED的伏安特性曲线，从实验得出的伏安特性曲经可以看出，在正向电压正小于某一值（叫阈值）时，电流极小，不发光，而当电压超过某一值后，正向电流随电压迅速增加，二极管发光。由V-I 曲线可以得出发光管的正向电压，反向电流及反向电压等参数。正向的发光管反向漏电 流IR<10μA以下。 图 3 伏安特性曲线 四、发光二极管的光强分布规律 下图给出的发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线（法线）AO的坐标为相对发 光强度（即发光强度与最大发光强度的之比）。显然，法线方向上的相对发光强度为1，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。
发光二极管主要参数与特性 LED 是利用化合物材料制成 pn 结的光电器件。它具备pn 结结型器 件的电学特性：I-V 特性、C-V 特性和光学特性：光谱响应特性、发光光强指向特性、时间特性以及热学特性。 1、LED 电学特性 1.1 I-V 特性 表征LED 芯片pn 结制备性能主要参数。LED 的I-V 特性具有非线性、整流性质：单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。 如左图： (1) 正向死区：（图oa 或oa ′段）a 点对于V 0 为开启电压，当V ＜Va ，外加电 场尚克服 不少因载 流子扩散 而形成势垒电场，此时R 很大；开启电压对于不同LED 其值不同，GaAs 为1V ，红色GaAsP 为1.2V ，GaP 为1.8V ，GaN 为2.5V 。 （2）正向工作区：电流I F 与外加电压呈指数关系 I F = I S (e qV F /KT –1) -------------------------I S 为反向饱和电流 。 V ＞0时，V ＞V F 的正向工作区I F 随V F 指数上升 I F = I S e qV F /KT （3）反向死区 ：V ＜0时pn 结加反偏压 V= - V R 时，反向漏电流I R （V= -5V ）时，GaP 为0V ，GaN 为10uA 。 （4）反向击穿区 V ＜- V R ，V R 称为反向击穿电压；V R 电压对应I R 为反向漏电流。当反向偏压一直增加使V ＜- V R 时，则出现I R 突然增加而出现击穿现象。由于所用化合物材料种类不同，各种LED 的反向击穿电压V R 也不同。 1.2 C-V 特性 鉴于LED 的芯片有9×9mil (250×250um)，10×10mil ，11×11mil (280×280um)，12×12mil (300×300um)，故pn 结面积大小不一，使其结电容（零偏压） C ≈n+pf 左右。 C-V 特性呈二次函数关系（如图2）。由1MH Z 交流信号用C-V 特性测试仪测得。 1.3 最大允许功耗PF m 当流过LED 的电流为I F 、
光敏二极管介绍 名词解释： 光敏二极管又叫光电二极管。 光敏二极管也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单向导电特性。它在电路中的符号是： 光敏二极管的重要特性就是把光能转换成电能。在没有光照时，光敏二极管的反向电阻很大，反向电流很微弱，称为暗电流。当有光照时，光子打在pn结附近，于是在pn结附近产生电子-空穴对，它们在pn结内部电场作用下作定向运动，形成光电流。光照越强，光电流越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。 光敏二极管在应用电路中的两种工作状态： 1、光敏二极管施加有外部反向电压 当光敏二极管加上反向电压时，管子中的反向电流随着光照强度的改变而改变，光照强度越大，反向电流越大，大多数都工作在这种状态。 2、光敏二极管不施加外部工作电压 光敏二极管上不加电压，利用P-N结在受光照时产生正向电压的原理，把它用作微型光电池。这种工作状态，通常用作光电检测器。 光敏二极管检测方法： ①电阻测量法 用万用表1k挡。光电二极管正向电阻约10kΩ左右。在无光照情况下，反向电阻为∞时，这管子是好的(反向电阻不是∞时说明漏电流大)；有光照时，反向电阻随光照强度增加而减小，阻值可达到几kΩ或1kΩ以下，则管子是好的；若反向电阻都是∞或为零，则管子是坏的。 ②电压测量法 用万用表1V档。用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接“—”极，在光照下，其电压与光照强度成比例，一般可达0．2—0．4V。 ③短路电流测量法 用万用表50μA档。用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接“—”极，在白炽灯下(不能用日光灯)，随着光照增强，其电流增加是好的，短路电流可达数十至数百μA。 光敏二极管的主要特性参数 本文介绍光敏二极管的主要特性参数：如最高反向工作电压V RM、暗电流I D、光电流I L等。 1、最高反向工作电压V RM:是指光敏二极管在无光照的条件下，反向漏电流不大于0.1μA时所能承受的最高反向电压值 2、暗电流I D: 是指光敏二极管在无光照及最高反向工作电压条件下的漏电流暗电流越小，光敏二极管的性能越稳定，检测弱无的能力越强。 3、光电流I L : 是指光敏二极管在受到一定光照时，在最高反向工作电压下产生的电流其测量的一般条件是: 2856K 钨丝光源，照度为l000lx。
发光二极管参数的测量 一发光二极管的结构和基本原理 1 发光二极管的结构 发光二极管（light emission diode LED）图1显示了LED的结构截面图。要使LED发光，有源层的半导体材料必须是直接带隙材料，越过带隙的电子和空穴能够直接复合发射出光子。为了使器件有好的光和载流子限制，大多采用双异质结（DH）结构。 2 LED的基本工作原理 LED 是一种直接注入电流的发光器件，是半导体晶体内部受激电子从高能级回复到低能级时，发射出光子的结果，这就是通常所说的自发发射跃迁。当LED的PN结加上正向偏压，注入的少数载流子和多数载流子（电子和空穴）复合而发光。值得注意的是，对于大量处于高能级的粒子各自分别自发发射一列一列角频率为ν＝E g/h的光波，但各列光波之间没有固定的相位关系，可以有不同的偏振方向，并且每个粒子所发射的光沿所有可能的方向传播，这个过程称为自发发射。其发射波长可用下式来表示： λ(μm)＝1.2396/E g(eV) 二发光二极管的特性及测试方法 1 LED的光谱特性及测试方法 由于LED没有光学谐振腔选择波长，所以它的光谱是以自发发射为主的光谱，图2显示出了LED的典型光谱曲线。发光光谱曲线上发光强度最大时所对应的波长称为发光峰值波长，光谱曲线上两个半光强点所对应的波长差称为谱线宽度（简称线宽），其典型值在30－40nm之间。峰值波长和谱线宽度的测试方法如图3所示，当被测器件的正向工作电流达到规定值时，旋转单色仪波鼓，使指示器达到最大值，读出波长峰值，此即为该器件的发光
峰值波长。在旋转单色仪波鼓（朝相反方向各转一次），使指示器读数为最大值的一半时，读出两个等于最大值一半的数值，两者之差即为光谱谱线宽度。 由图2可以看出，当器件温度升高时，光谱曲线随之向右移动，从峰值波长的变化可以 求出LED 的波长温度系数。 2 LED 的伏安特性及测试方式 LED 通常都具有图4所示的较好的伏安特性。当LED 管芯通过正向电流为规定的值时，正、负极之间产生的电压降，即为正向压降（以V F 表示，单位为V ），由于正向电阻比较小，故V F 一般都较低，图5示出了V F 的测试原理图 图2 LED 的光谱曲线 波长 图3 LED 的峰值波长和线宽测试方框图 图5 LED 的正向压降测试原理
非线性电阻特性研究(一) 【实验目的】 （1）了解并掌握基本电学仪器的使用。 （2）学习电学实验规程，掌握回路接线方法。 （3）学习测量条件的选择及系统误差的修正。 （4）探究发光二极管和热敏电阻在常温下的伏安特性曲线。 【实验仪器】 发光二极管（BT102）热敏电阻（根据实验室情况选择）滑动变阻器（0~100 Ω）定值电阻（400Ω）毫安表（0~50mA）微安表(0~50μA) 电压表（0~3v 0~6v）电源（10v）导线等 【实验原理】 （1）当一个元件两端加上电压，元件内有电流通过时，电压与电流之比称为该元件的电阻R（R=U/I）。若一个元件两端的电压与通过它的电流成比例，则伏安特性曲线为一条直线，这类元件称为线性元件。若元件两端的电压与通过它的电流不成比例，则伏安特性曲线不再是直线，而是一条曲线，这类元件称为非线性元件。 一般金属导体的电阻是线性电阻，它与外加电压的大小和方向无关，其伏安特性是一条直线（见图b）。从图上看出，直线通过一、三象限。它表明，当调换电阻两端电压的极性时，电流也换向，而电阻始终为一定值，等于直线斜率的倒数。 常用的晶体二极管是非线性电阻，其电阻值不仅与外加电压的大小有关，而且还与方向有关。 LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，它属于固态光源，其基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用（如图一）。 常规的发光二极管芯片的结构如图二所示，主要分为衬底，外延层（图2中的N型氮化镓，铝镓铟磷有源区和P型氮化镓），透明接触层，P型与N型电极、钝化层几部分。 图3 发光二极管的工作原理 ） ） ）电 子 的 电 势 能 电 子 的 电 势 能
LED发光二极管技术参数常识 半导体发光器件包括半导体发光二极管(简称LED)、数码管、符号管、米字管及点阵式显示屏(简称矩阵管)等。事实上，数码管、符号管、米字管及矩阵管中的每个发光单元都是一个发光二极管。 一、半导体发光二极管工作原理、特性及应用 (一)、LED发光原理 发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光。 假设发光是在P区中发生的,那么注入的电子与价带空穴直接复合而发光,或者先被发光中心捕获后，再与空穴复合发光。除了这种发光复合外，还有些电子被非发光中心(这个中心介于导带、介带中间附近)捕获，而后再与空穴复合，每次释放的能量不大，不能形成可见光。发光的复合量相对于非发光复合量的比例越大，光量子效率越高。由于复合是在少子扩散区内发光的，所以光仅在靠近PN结面数μm以内产生。 理论和实践证明，光的峰值波长λ与发光区域的半导体材料禁带宽度Eg有关，即λ≈1240/Eg(mm)式中Eg 的单位为电子伏特(eV)。若能产生可见光(波长在380nm紫光~780nm红光)，半导体材料的Eg应在 3.26~1.63eV之间。比红光波长长的光为红外光。现在已有红外、红、黄、绿及蓝光发光二极管，但其中蓝光二极管成本、价格很高，使用不普遍。 (二)、LED的特性 1.极限参数的意义 (1)允许功耗Pm:允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值。超过此值，LED发热、损坏。 (2)最大正向直流电流IFm:允许加的最大的正向直流电流。超过此值可损坏二极管。 (3)最大反向电压VRm:所允许加的最大反向电压。超过此值，发光二极管可能被击穿损坏。 (4)工作环境topm:发光二极管可正常工作的环境温度范围。低于或高于此温度范围，发光二极管将不能正常工作，效率大大降低。 2.电参数的意义 (1)光谱分布和峰值波长:某一个发光二极管所发之光并非单一波长。 (2)发光强度IV:发光二极管的发光强度通常是指法线(对圆柱形发光管是指其轴线)方向上的发光强度。若在该方向上辐射强度为(1/683)W/sr时，则发光1坎德拉(符号为cd)。由于一般LED的发光二强度小，所以发光强度常用坎德拉(mcd)作单位。 (3)光谱半宽度Δλ:它表示发光管的光谱纯度.是指图3中1/2峰值光强所对应两波长之间隔. (4)半值角θ1/2和视角:θ1/2是指发光强度值为轴向强度值一半的方向与发光轴向(法向)的夹角。半值角的2倍为视角(或称半功率角)。 图3给出的二只不同型号发光二极管发光强度角分布的情况。中垂线(法线)AO的坐标为相对发光强度(即发光强度与最大发光强度的之比)。显然，法线方向上的相对发光强度为1，离开法线方向的角度越大，相对发光强度越小。由此图可以得到半值角或视角值。