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light emitting diode

  缩写为LED。是一种利用半导体同质PN结、异质PN结、金属-半导体(MS)结、金属-绝缘体-半导体(MIS)结制成的发光器件。它的工作原理和某些电学特性与一般晶体二极管相同,而使用的晶体材料不同。要获得可见光范围内的LED,必须要求晶体材料的禁带宽度大于1.9eV。利用同质PN结制成的LED,其颜色和效率列于表中。

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  利用异质结制作LED时,由于采用不同材料,在设计上具有更大的灵活性,器件性能也更加多样化,但往往因为材料结构和点阵常数不一致,也难以选择合适的材料和制备良好的界面匹配。目前已有的异质结不下几十种,大致可分为两类:一类是半导体与半导体接触;另一类是半导体与非半导体接触。前一类可制成异质PN结,例如ZnSe/ZnTe,ZnSexTe1-x/ZnSeyTe1-y,这种LED的颜色可呈黄、绿、蓝绿色,与其组分有关,但制备起来困难,不容易得到均匀的发光,最高外量子效率低于1%。后一类是宽禁带材料,制成的是MIS结或 MS结,例如用GaNMIS制成的LED,施加7.5伏电压,在10毫安下可得到2毫烛光的蓝光,光谱峰值为4900┱,外量子效率为3×10-4;ZnSeMIS结的LED,在2~4伏,20~30毫安的室温条件下能发出谱峰为4655┱的蓝光,并有足够的亮度。ZnSMS结在反向偏置时,能在室温观察到红、橙、绿、蓝各种颜色。

  上述可见光LED的优点是工作电压低,耗电量小(10毫安下就足够亮),易和集成电路匹配,驱动简单;性能稳定可靠,工作寿命长,有的可达105~109小时;与普通光源比较,单色性好,光源半宽度约为 200~1000埃;能在同一平面内显示,视角大视差小;重量轻,体积小;发光响应速度快(-6~10-9秒)。缺点是,价格高,外量子效率一般较低,不易获得蓝紫光,显示图像分辨率低,难以作成大面积显示。这些优缺点,使它只能广泛地用作小型仪表的指示灯,各种小型仪表的数字、文字和符号显示、收录机和电视机调谐指示等。

  除了可见LED之外,光电耦合和光纤通信中应用的红外LED也得到了很大的进展,目前都是利用PN结发光。用红外LED制成的光电耦合器电流传输效率高(3%~70%),响应速度快(2~5微秒)。例如用 GaAs红外LED光电二极管和集成放大器组成的高速光电耦合器传输延迟时间低于100×10-9秒,上升时间低于 80×10-9秒,输入与输出之间绝缘电压高达1500伏,绝缘电阻在1010欧以上。光纤通信用的高辐射红外LED,与半导体激光器相比具有成本低线性好,温度稳定性好,失效率小,使用寿命长等优点,缺点是辐射图形发射角大,光谱半宽度大,与光纤耦合困难。不过在短距离的光纤通信中 LED仍是很有用的光源。目前这类较成熟的红外LED是GaAs/GaAlAs双异质结或单质结器件,光谱峰约在8500埃,室温寿命达106小时,平面结构的外量子效率已达34%,球状封装的达40%,输出功率大于 5毫瓦。目前还在发展长波长的LED,例如InGaAs,GaAsSb和InGaAsP等材料的LED,预计也会得到很好的应用。

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