浅析半导体发光二极管的原理及应用特点

李文龙 孙伟峰

摘 要：在科学和信息技术高速发展的背景下，半导体技术在近二三十年得到十分迅猛的发展，它的发展和应用带给人们带来了福祉，尤其是在通信、高速计算、大容量信息处理、电子对抗以及武器装备的微型化、智能化等等这些对国民经济和国家安全至关重要的领域出现了巨大的进步，受到了人们的欢迎和重视。半导体发光二极管，是目前应用最为广泛的的半导体材料之一。本文就半导体发光二极管的发光原理、发展现状和应用领域做简要的介绍。

关键词：半导体；发光二极管；LED；应用领域

半导体发光二极管，又称为LED，它使用广泛、耗电量小，使用寿命长，低碳环保。如果要使二极管发出不同颜色的光，那么可以使用不同的发光材料进行半导体发光二极管的制作。在我国，LED逐渐在进行普及，中国家庭中很多照明设备均采用LED灯。而国家主要公路的路灯也采用LED灯进行照明，一些路灯还和太阳能发电技术相结合，从而节约了大量的能源。发光二极管按照材料的不同可分为砷铝化镓发光二极管、磷砷化镓发光二极管、磷化鎵发光二极管、磷铟砷化镓发光二极管和砷化镓发光二极管等多种。

1 发光二极管的发展

半导体发光二极管最早在1965年由美国Monsanto公司和HP公司生产出红光LED发光灯，从此LED正式进入市场。随后又成功研制出红橙黄光LED、绿光裸片LED、蓝光LED。我们日常生活中常用的白光LED，恰恰相反，是在1996年才被推出，从此LED灯开始应用于照明。随着世界科技的不断进步，制作工艺的不断提高，LED灯的亮度，使用寿命和制作的规模在不断的提升，LED在人们的生活中应用的更加广泛。表为不同颜色发光二极管的制作材料、正向电压及功率。

2 发光二极管的原理

半导体可以被划分为P型半导体和N型半导体，发光二极管也一样。N型半导体带额外电子，P型半导体带额外“空穴”，电子可以在空穴之间跳动，从一个空穴转移到另外一个空穴。电子的流动就会产生电流，当有正向电流通过晶片时，电子就会与P区的空穴进行结合，然后会发出能量，这种能量以光子的形式存在，这就是半导体发光二极管为何会发光的原因。图为发光二极管的结构示意图。

3 发光二极管的特点

3.1 节约能源

因为在LED发光的过程中，总的能量是一定的，有很多能量都转化为光能，只有一部分能量转化为热能。而传统的白炽灯泡发光的时候，它的灯丝被有上千摄氏度的高温，很多能量以热量的形式散发出去，因此造成了能源的浪费。

在相同的照明条件下，若使用节能的LED灯代替普通的白炽灯，大约能够节约80%90%的能源。

3.2 发光二极管寿命长

二极管的发光寿命长达十万个小时左右，这是由于发光二极管不同于传统白炽灯的发光机理而决定的。传统的白炽灯使用时间长之后会出现老化和断丝的现象。而发光二极管是靠载流子的不断移动而发光的，因此不会出现上述情况。较长的寿命赋予了发光二极管较好的稳定性，使发光二极管被广泛应用到工业生产中作为指示灯。

4 发光二极管的应用领域

在现代城市的照明领域，半导体发光二极管常常被当成是白炽灯的替代品而被广泛使用。在通常的情况下，白炽灯的功耗较大，使用寿命不长。而白色发光二极管不仅使用寿命长而且使用功率小，能够节省能源，符合现代节能减排的绿色经济理念。人们将红绿蓝三种颜色半导体发光二极管组合在一起，按照不同的发光比例就能够展现出不同的颜色，此外，半导体发光二极管也常常被制作成建筑上的诱导灯，安装在大楼上，作为装饰品，营造良好的氛围。

在数码显示领域，半导体发光二极管经常被制作成七段数码管这样简单的显示屏，这种显示屏以矩阵形式排列，通过控制不同的二极管发光，排列显示出文字图形信息。利用这个原理可以制作出彩色显示屏，而且就目前来看，全彩显示屏在公共场所得到了广泛使用。半导体发光二极管也经常被用作为数码管使用，用来显示数字，来代替传统的仪器仪表中的指针式仪表盘，以及数字手表和普通计算器等设备上。这种数码管被广泛应用与工业，军事以及民用的仪器仪表当中。

5 结语

综上所述，新时期在社会经济不断发展的过程中，科学技术也在不断的进步，科技正在逐步的改变我们的生活。而发光二极管已经普遍存在我们的身边，它作为光源具有耗电少，节能环保，安全可靠等优点。各行各业对发光二极管的应用同时也从促进了半导体发光二极管的制造和使用。

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作者简介：李文龙（1995），郑州大学本科生，研究方向：测控技术与仪器；孙伟峰（1995 ），郑州大学本科生，研究方向：测控技术与仪器。