半导体发光二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,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。
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。