半導(dǎo)體發(fā)光器件包括半導(dǎo)體發(fā)光二極管（簡稱LED）、數(shù)碼管、符號管、米字管及點陣式顯示屏（簡稱矩陣管）等。事實上，數(shù)碼管、符號管、米字管及矩陣管中的每個發(fā)光單元都是一個發(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)。進入對方區(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，不能形成可見光。發(fā)光的復(fù)合量相對于非發(fā)光復(fù)合量的比例越大，光量子效率越高。由于復(fù)合是在少子擴散區(qū)內(nèi)發(fā)光的，所以光僅在靠近PN結(jié)面數(shù)μm以內(nèi)產(chǎn)生。理論和實踐證明，光的峰值波長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)生可見光（波長在380nm紫光～780nm紅光），半導(dǎo)體材料的Eg應(yīng)在3.26～1.63eV之間。比紅光波長長的光為紅外光?，F(xiàn)在已有紅外、紅、黃、綠及藍光發(fā)光二極管，但其中藍光二極管成本、價格很高，使用不普遍。

LED的基本工作條件

LED是一種電流驅(qū)動的低電壓單向?qū)щ娖骷?，為保證LED正常工作，必須滿足以下幾個方面的基本要求。

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

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

圖1給出了隨機抽取的6只白光LED（其中A商標和B商標各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，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，當環(huán)境溫度升至50C時，額定電流降至20mA，在此情況下，為防止LED燒毀，驅(qū)動電流必須限制在20mA之內(nèi)。因此，為避免LED的驅(qū)動電流超過最大額定值，影響其可靠性，同時為獲得預(yù)期的亮度要求，保證各個LED亮度和色度的一致性，應(yīng)采用恒定電流驅(qū)動方式，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