発光ダイオードは、電子と正孔の再結合によってエネルギーを放出して光を発する、一般的に使用される発光デバイスです。照明の分野で広く使用されています。[1] 発光ダイオードは、電気エネルギーを光エネルギーに効率的に変換することができ、照明、フラットパネルディスプレイ、医療機器など、現代社会で幅広い用途に使用されています。[2]

この種の電子部品は 1962 年には登場しました。初期の段階では、低輝度の赤色光しか発光できませんでした。その後、他のモノクロバージョンも開発されました。現在、発せられる光は可視光、赤外、紫外光にまで広がり、輝度もかなり向上しました。明るさ。表示灯、表示パネルなどにも使用されており、技術の継続的な進歩により、発光ダイオードはディスプレイや照明に広く使用されてきました。

発光ダイオードも通常のダイオードと同様にPN接合で構成されており、一方向性の導電性を持っています。発光ダイオードに順方向電圧が印加されると、P領域からN領域に注入された正孔とN領域からP領域に注入された電子が、それぞれN領域の電子と空隙に接触します。 PN 接合の数ミクロン以内の P 領域にあります。正孔が再結合して自然放出蛍光を生成します。異なる半導体材料における電子と正孔のエネルギー状態は異なります。電子と正孔が再結合すると、放出されるエネルギーは多少異なります。放出されるエネルギーが多ければ多いほど、放出される光の波長は短くなります。一般的に使用されるのは、赤、緑、または黄色の光を発するダイオードです。発光ダイオードの逆降伏電圧は 5 ボルトを超えます。その順方向電圧対電流特性曲線は非常に急峻であるため、ダイオードを流れる電流を制御するには電流制限抵抗と直列に使用する必要があります。

発光ダイオードのコア部分は、P型半導体とN型半導体からなるウエハです。P型半導体とN型半導体の間にはPN接合と呼ばれる遷移層があります。特定の半導体材料の PN 接合では、注入された少数キャリアと多数キャリアが再結合するときに、過剰なエネルギーが光の形で放出され、それによって電気エネルギーが光エネルギーに直接変換されます。PN接合に逆電圧がかかると少数キャリアが注入されにくくなり発光しません。正の動作状態（つまり、両端に正の電圧が印加されている）にある場合、LEDのアノードからカソードに電流が流れると、半導体結晶は紫外から赤外までさまざまな色の光を放射します。光の強度は電流に関係します。