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此式称为玻尔条件。式中h=6.626×10-34J·s。当发光二极管工作时,在正偏下,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)。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,要求结构佳化以获得率;用于光通信方面的LED,需要有高辐射度以把大功率耦合入纤维,还希望有较大的调制能力。用作指示灯和显示器的LED的基本结构见图2。
在低压(低于2伏)、小电流(几十毫安至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小时);调制方便,通过调制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)