为什么LED芯片红光和黄光的电压比蓝光和绿光要低? led显示屏的主要厂家

时间:2022-01-17 23:49:54 作者:admin 85232
led显示屏的主要厂家

为什么LED芯片红光和黄光的电压比蓝光和绿光要低?

这个问题说来话长,需要一定的半导体物理知识和器件制造工艺知识(可以直接看后面的总结)。

LED的正向电压VF 是指额定正向电流下器件两端的电压降,这个值与发光二极管PN结的静态势垒高度呈正相关,同时它也与P-N结的体电阻、以及欧姆接触电阻呈正相关。在同一种材料时,过大的VF反映了电极制作时接触电阻过大。在这些因素中,PN结静态势垒高度的影响是主要的。

PN结静态势垒高度与材料的掺杂情况和发光区(复合区)材料的禁带宽度呈正相关。在同质结中,静态势垒高度一般接近禁带宽度(重掺杂时,静态势垒高度会大于禁带宽度;轻掺杂时会小于禁带宽度)。

在半导体能带结构中,导带最低点与价带最高点之间的能量差称为禁带宽度,以Eg表示(单位为电子伏特eV)。

在PN结中,由于非平衡载流子的扩散,产生自建电场。自建电场阻止了载流子的扩散,达到动态平衡时,形成静态势垒。

光的频率决定了光的颜色,红、黄、绿、蓝、紫各色的频率依次增高。光的频率也决定了光子的能量:

E=h*ν 式中h是普朗克常量,ν是光的频率。

反过来,若以能量E发出一个光子,则这个光子的频率:ν=E/h,

当给LED的PN结加上正向电压时,产生外电场作用于内建电场。当PN结势垒被克服时,电子便被不断注入,部分电子与空穴复合,能级从导带跌落到价带,放出一个光子,那么光子的能量就等于禁带宽度Eg,从而光子的频率就是:

ν=Eg/h,或波长是:

λ= h*c/Eg 式中:c—光速; Eg—半导体的禁带宽度。

要发出不同颜色的光,就要使用不同禁带宽度的半导体材料。光色越接近紫色,禁带宽度就得越大。

综上所述,把因果关系总结一下:发光色接近紫区→光波长短→光子频率高→光子能量大→电子跃迁能级要大→材料禁带宽度要大→PN结势垒高→PN结开启电压高→正向电压高;反过来,发光色接近红区→光波长长→……(略,反过来即是)。

以砷化镓红外LED为例,砷化镓的禁带宽度为1.424ev,计算得发光波长约0.871um;忽略各环节的欧姆接触产生的压降,假设PN结势垒高度等于禁带宽度(受掺杂浓度影响),则开启电压为:VF=Eg/q=1.424(V)。

最后说明一下,即便同样是红光LED,由于所用材料和工艺的不同,正向电压也会略有不同。

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