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半導(dǎo)體發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，工作電流小，使用方便，成本低，所以在光電系統(tǒng)中的應(yīng)用極為普遍。在正向偏置下，半導(dǎo)體PN結(jié)或與其類似的結(jié)構(gòu)能夠發(fā)出可見(jiàn)光或近紅外光，這種把電能直接轉(zhuǎn)換為光能的器件稱為發(fā)光二極管，簡(jiǎn)稱LED。
此式稱為玻爾條件。式中h=6.626×10-34J·s。當(dāng)發(fā)光二極管工作時(shí)，在正偏下，通常半導(dǎo)體的空導(dǎo)帶被通過(guò)結(jié)向其中注入的電子所占據(jù)，這些電子與價(jià)帶上的空穴復(fù)合，放射出光子，這就產(chǎn)生了光。發(fā)射的光子能量近似為特定半導(dǎo)體的導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的帶隙能量。這種自然發(fā)射過(guò)程叫作自發(fā)輻射復(fù)合（圖1）。顯然，輻射躍遷是復(fù)合發(fā)光的基礎(chǔ)。注入電子的復(fù)合也可能是不發(fā)光的，即非輻射復(fù)合。在非輻射復(fù)合的情況下，導(dǎo)帶電子失去的能量可以變成多個(gè)聲子，使晶體發(fā)熱，這種過(guò)程稱為多聲子躍遷；也可以和價(jià)帶空穴復(fù)合，把能量交給導(dǎo)帶中的另一個(gè)電子，使其處于高能態(tài)，再通過(guò)熱平衡過(guò)程把多余的能量交給晶格，這種過(guò)程稱為俄歇復(fù)合。隨著電子濃度的提高，這種過(guò)程將變得更加重要。帶間躍遷時(shí)，輻射復(fù)合和非輻射復(fù)合的兩種過(guò)程相互競(jìng)爭(zhēng)。有的發(fā)光材料表現(xiàn)為輻射復(fù)合占優(yōu)勢(shì)。
①提高內(nèi)量子效率,要求盡量減少晶體缺陷和有害雜質(zhì)；②提高外量子效率，結(jié)構(gòu)要便于光收集、提取和發(fā)射；③可以用攜載信息的輸出電流直接對(duì)光輸出進(jìn)行高速率的調(diào)制；④結(jié)構(gòu)要有利于散熱，減少因結(jié)溫上升引起光功率下降；⑤要有高的輻射度，因此應(yīng)用直接帶隙半導(dǎo)體和能夠在高電流密度下驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。
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