איך פועל דיודה פולטת אור?

איך פועל דיודה מקרינה אור (LED)?

הגדרת LED

דיודה מקרינה אור (LED) היא מכשיר חצי מוליכי שפולט אור כאשר הוא מוזן חשמלית בתהליך הקרוי אלקטרולומינסנציה.

איך פועל LED

כמו דיודה רגילה, דיודה LED פועלת כאשר היא מוטה קדימה. במקרה זה, חומר החצי מוליך מסוג n מסומם באופן כבד יותר מהחומר מסוג p ומשלים את חיבור ה-p-n. כאשר היא מוטה קדימה, מחסום הפוטנציאל מתפחית והאלקטרונים והחורים מתאחדים בשכבת ההשמדה (או השכבה האקטיבית), אור או פוטונים נפלטים או מפוזרים בכיוונים שונים. דיאגרמה טיפוסית להלן מציגה פליטת אור כתוצאה מתהליך איחוד של זוג אלקטרון-חור בהטייה קדימה.

פליטת הפוטונים ב-LED מתארת על ידי תורת פסנתרי החומרים, אשר קובעת כי פליטת האור תלויה אם פער הפסים של החומר הוא ישיר או עקיף. חומרים חצי מוליכיים בעלי פער פסים ישיר הם אלה שמפיקים פוטונים. בחומר בעל פער פסים ישיר, תחתית רמת האנרגיה של פס הנישא מונחת ישירות מעל רמת האנרגיה העליונה ביותר של פס הערכים בדיאגרמת אנרגיה מול התנע (וקטור גל 'k').

כאשר אלקטרונים וחורים מתאחדים, האנרגיה E = hν המקבילה לפער האנרגיה △ (eV) משתחררת בצורה של אנרגיית אור או פוטונים, כאשר h הוא קבוע פלאנק ו-ν היא תדירות האור.

פער פסים ישיר

חומרים בעלי פער פסים עקיף אינם קרינים, מאחר שהתחתית של פס הנישא שלהם אינה מתאימה לחלק העליון של פס הערכים, וממירים את רוב האנרגיה לחום. דוגמאות הן Si, Ge וכדומה.

פער פסים עקיף

דוגמה לחומר בעל פער פסים ישיר היא ארסניד גליום (GaAs), חומר חצי מוליכי המשמש ב-LEDs. אטומי סימנים מוספים ל-GaAs כדי לתת טווח רחב של צבעים. חלק מהחומרים המשמשים ב-LEDs הם:

• אלומיניום גליום ארסניד (AlGaAs) - אינפרא אדום.

• גליום ארסן פוספיד (GaAsP) - אדום, כתום, צהוב.

• אלומיניום גליום פוספיד (AlGaP) - ירוק.

• גליד גליום ניטריד (InGaN) - כחול, כחול-ירוק, UV קרוב.

• סלניום צינק (ZnSe) - כחול.

מבנה פיזי של LED