半導(dǎo)體發(fā)光器件包括半導(dǎo)體發(fā)光二極管（簡(jiǎn)稱(chēng)LED）、數(shù)碼管、符號(hào)管、米字管及點(diǎn)陣式顯示屏（簡(jiǎn)稱(chēng)矩陣管）等。事實(shí)上，數(shù)碼管、符號(hào)管、米字管及矩陣管中的每個(gè)發(fā)光單元都是一個(gè)發(fā)光二極管。

LED發(fā)光原理

發(fā)光二極管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的I-N特性，即正向?qū)?，反向截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由N區(qū)注入P區(qū)，空穴由P區(qū)注入N區(qū)。進(jìn)入對(duì)方區(qū)域的少數(shù)載流子（少子）一部分與多數(shù)載流子（多子）復(fù)合而發(fā)光，如圖1所示。

假設(shè)發(fā)光是在P區(qū)中發(fā)生的，那么注入的電子與價(jià)帶空穴直接復(fù)合而發(fā)光，或者先被發(fā)光中心捕獲后，再與空穴復(fù)合發(fā)光。除了這種發(fā)光復(fù)合外，還有些電子被非發(fā)光中心（這個(gè)中心介于導(dǎo)帶、介帶中間附近）捕獲，而后再與空穴復(fù)合，每次釋放的能量不大，不能形成可見(jiàn)光。發(fā)光的復(fù)合量相對(duì)于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴(kuò)散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)μm以?xún)?nèi)產(chǎn)生。理論和實(shí)踐證明，光的峰值波長(zhǎng)λ與發(fā)光區(qū)域的半導(dǎo)體材料禁帶寬度Ｅg有關(guān)，即λ≈1240/Eg（mm）式中Eg的單位為電子伏特（eV）。若能產(chǎn)生可見(jiàn)光（波長(zhǎng)在380nm紫光～780nm紅光），半導(dǎo)體材料的Eg應(yīng)在3.26～1.63eV之間。比紅光波長(zhǎng)長(zhǎng)的光為紅外光。現(xiàn)在已有紅外、紅、黃、綠及藍(lán)光發(fā)光二極管，但其中藍(lán)光二極管成本、價(jià)格很高，使用不普遍。

LED的基本工作條件

LED是一種電流驅(qū)動(dòng)的低電壓?jiǎn)蜗驅(qū)щ娖骷?，為保證LED正常工作，必須滿足以下幾個(gè)方面的基本要求。

（1）輸入直流電壓必須不低于LED的正向電壓降，否則，LED不會(huì)導(dǎo)通而發(fā)光。

（2）采用直流電流或單向脈沖電流驅(qū)動(dòng)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)并聯(lián)的LED或LED串時(shí)，要求恒流而不是恒壓供電。

圖1給出了隨機(jī)抽取的6只白光LED（其中A商標(biāo)和B商標(biāo)各3只）的正向電流IF隨正向電壓TIE變化的關(guān)系曲線。如果用恒定電壓驅(qū)動(dòng)這6只（相并聯(lián)）LED，它們之間的正向電流相差較大，例如用3．4V驅(qū)動(dòng)，正向電流范圍為l 0～44mA，這就使得各只LEDˉ的亮度和色度存在較大的差異。

LED所允許的額定電流（30mA）隨溫度的升高而減小，如圖2所示。由該圖可知，當(dāng)環(huán)境溫度升至50C時(shí)，額定電流降至20mA，在此情況下，為防止LED燒毀，驅(qū)動(dòng)電流必須限制在20mA之內(nèi)。因此，為避免LED的驅(qū)動(dòng)電流超過(guò)最大額定值，影響其可靠性，同時(shí)為獲得預(yù)期的亮度要求，保證各個(gè)LED亮度和色度的一致性，應(yīng)采用恒定電流驅(qū)動(dòng)方式，而不是恒壓方式。

圖1 6只白光LED的正向電流隨正向電壓變化的關(guān)系曲線

發(fā)光二極管電參數(shù)的意義

（1）光譜分布和峰值波長(zhǎng)：某一個(gè)發(fā)光二極管所發(fā)之光并非單一波長(zhǎng)，其波長(zhǎng)大體按圖2所示。由圖可見(jiàn)，該發(fā)光管所發(fā)之光中某一波長(zhǎng)λ0的光強(qiáng)最大，該波長(zhǎng)為峰值波長(zhǎng)。

（2）發(fā)光強(qiáng)度IV：發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度通常是指法線（對(duì)圓柱形發(fā)光管是指其軸線）方向上的發(fā)光強(qiáng)度。若在該方向上輻射強(qiáng)度為（1/683）W/sr時(shí)，則發(fā)光1坎德拉（符號(hào)為cd）。由于一般LED的發(fā)光二強(qiáng)度小，所以發(fā)光強(qiáng)度常用坎德拉（mcd）作單位。?

（3）光譜半寬度Δλ：它表示發(fā)光管的光譜純度。是指圖3中1/2峰值光強(qiáng)所對(duì)應(yīng)兩波長(zhǎng)之間隔。

（4）半值角θ1/2和視角：θ1/2是指發(fā)光強(qiáng)度值為軸向強(qiáng)度值一半的方向與發(fā)光軸向（法向）的夾角。半值角的2倍為視角（或稱(chēng)半功率角）。

圖3給出的二只不同型號(hào)發(fā)光二極管發(fā)光強(qiáng)度角分布的情況。中垂線（法線）AO的坐標(biāo)為相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度（即發(fā)光強(qiáng)度與最大發(fā)光強(qiáng)度的之比）。顯然，法線方向上的相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度為1，離開(kāi)法線方向的角度越大，相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度越小。由此圖可以得到半值角或視角值。

（5）正向工作電流If：它是指發(fā)光二極管正常發(fā)光時(shí)的正向電流值。在實(shí)際使用中應(yīng)根據(jù)需要選擇IF在0.6·IFm以下。

（6）正向工作電壓VF：參數(shù)表中給出的工作電壓是在給定的正向電流下得到的。一般是在 IF=20mA時(shí)測(cè)得的。發(fā)光二極管正向工作電壓VF在1.4～3V。在外界溫度升高時(shí)，VF將下降。

（7）V-I特性：發(fā)光二極管的電壓與電流的關(guān)系可用圖4表示。在正向電壓正小于某一值（叫閾值）時(shí)，電流極小，不發(fā)光。當(dāng)電壓超過(guò)某一值后，正向電流隨電壓迅速增加，發(fā)光。由V-I曲線可以得出發(fā)光管的正向電壓，反向電流及反向電壓等參數(shù)。正向的發(fā)光管反向漏電流IR《10μA以下。