2014年的諾貝爾物理學獎授予了三位日本裔物理學家。獲獎的三位日本裔物理學家對白光發(fā)光二極管的發(fā)明做出了重大貢獻，使得白光發(fā)光二極管作為新型照明光源開始普及。

發(fā)光二極管,通常稱為LED，是在電子學世界里面的真正無名英雄。它們做了許多不同工作和在各種各樣的設(shè)備都可以看見它的存在。

什么是二極管?

二極管是半導體設(shè)備中的一種最常見的器件，大多數(shù)半導體最是由攙雜半導體材料制成(原子和其它物質(zhì))，發(fā)光二極管導體材料通常都是鋁砷化稼，在純鋁砷化稼中，所有的原子都完美的與它們的鄰居結(jié)合，沒有留下自由電子連接電流。

在攙雜物質(zhì)中，額外的原子改變電平衡，不是增加自由電子就是創(chuàng)造電子可以通過的空穴。這兩樣額外的條件都使得材料更具傳導性。

帶額外電子的半導體叫做N型半導體，由于它帶有額外負電粒子，所以在N型半導體材料中，自由電子是從負電區(qū)域向正電區(qū)域流動。

帶額外“電子空穴”的半導體叫做P型半導體，由于帶有正電粒子。電子可以從另一個電子空穴跳向另一個電子空穴，從從負電區(qū)域向正電區(qū)域流動。

二極管是由N型半導體物質(zhì)與P型半導體物質(zhì)結(jié)合，每端都帶電子。這樣排列使電流只能從一個方向流動。

當沒有電壓通過二極管時，電子就沿著過渡層之間的匯合處從N型半導體流向P型半導體，從而形成一個損耗區(qū)。

在損耗區(qū)中，半導體物質(zhì)會回復到它原來的絕緣狀態(tài)——所有的這些“電子空穴”都會被填滿，所有就沒有自由電子或電子真空區(qū)和電流不能流動。

為了除掉損耗區(qū)就必須使N型向P型移動和空穴應反向移動。為了達到目的，連接二極管N型一方到電流的負極和P型就連接到電流的正極。

這時在N型物質(zhì)的自由電子會被負極電子排斥和吸引到正極電子。在P型物質(zhì)中的電子空穴就移向另一方向。

當電壓在電子之間足夠高的時候，在損耗區(qū)的電子將會在它的電子空穴中和再次開始自由移動。損耗區(qū)消失，電流通過二極管。

如果嘗試使電流向其它方向流動，P型端就邊接到電流負極和N型連接到正極，這時電流將不會流動。N型物質(zhì)的負極電子被吸引到正極電子。

P型物質(zhì)的正極電子空穴被吸引到負極電子。因為電子空穴和電子都向錯誤的方向移動所以就沒有電流流通過匯合處，損耗區(qū)增加。

發(fā)光二極管為什么會發(fā)光？

當pn結(jié)兩端做好電極引出管腳并封裝好后，就形成了一個二極管。二極管的特性基本就是pn結(jié)的特性，有的用作整流，有的用來檢波，有的可以發(fā)光；這些只不過是參數(shù)的調(diào)節(jié)或者材料的改變，其基本原理是相同的。

光是能量的一種形式，一種可以被原子釋放出來。是由許多有能量和動力但沒質(zhì)量的微小粒子似的小捆組成的。這些粒子被叫做光子，是光的最基本單位。光子是因為電子移動才釋放出來。電子在不同的軌函數(shù)有著不同等的能量。

當二極管的兩端加上正向偏壓，大部分電壓就加到空間電荷區(qū)上。這時內(nèi)建電場電壓降低，打破了載流子的擴散漂移平衡：p區(qū)空穴向n區(qū)擴散、n區(qū)電子向p區(qū)擴散，等效于外加電場給n區(qū)注入空穴、給p區(qū)注入電子。

注入n區(qū)的空穴很快與電子復合輻射光子，注入p區(qū)的電子也很快與空穴復合輻射光子， pn結(jié)就在電場的作用下就不斷的發(fā)光。在外加正向電壓很小時，注入載流子的量極小，肉眼看不到發(fā)出的光；

只有當外加電壓接近或超過內(nèi)建電場電壓時才會大量地注入載流子，這樣就可以看見二極管發(fā)出明亮的光。

對于發(fā)光二極管，需要注入的電子和空穴盡快地復合，復合電流占總電流的比例越大發(fā)光效率越高，讓電能更多地轉(zhuǎn)化為光能而不是熱能；而普通二極管一般需要注入的電子和空穴盡量少地復合。

自由電子從P型層通過二極管落入空的電子空穴。這包含從傳導帶跌落到一個更低的軌函數(shù)，所以電子就是以光子形式釋放能量。這在任何二極管里都會發(fā)生的，在普通二極管里，半導體材料本身吸引大量的光能而結(jié)束。