本節(jié)以同質(zhì)結(jié)LED為例介紹發(fā)光二極管的工作原理。與前述M41T80M6F二能級系相比,半導(dǎo)體中的“高能級”為導(dǎo)帶,“低能級”為價帶,相應(yīng)的發(fā)光模型修正為導(dǎo)帶電子躍遷至價帶發(fā)生“電子-空穴”的復(fù)合。復(fù)合有兩種類型,其一為輻射復(fù)合,復(fù)合的結(jié)果為將電子一空穴碰撞獲得的能量轉(zhuǎn)移至輻射相同能量的光子以實(shí)現(xiàn)能量守恒;其二為非輻射復(fù)合,復(fù)合的結(jié)果為通過輻射聲子(晶格振動輻射熱)實(shí)現(xiàn)能量守恒。圖⒋4示出了同質(zhì)p-n結(jié)零偏壓和正偏壓下的能帶圖、正偏壓下的過剩載流子分布及電子與空穴輻射復(fù)合發(fā)光的過程。由圖可見LED的發(fā)光原理為:給少n結(jié)施加的正向偏壓打破了原有的熱平衡狀態(tài),p區(qū)和n區(qū)的費(fèi)米能級由熱平衡時的統(tǒng)一能級EF分離成為p區(qū)的準(zhǔn)費(fèi)米能級司:和n區(qū)的準(zhǔn)費(fèi)米能級島、它們分別用來描述p區(qū)和n區(qū)中電子、空穴的分布規(guī)律。正向偏壓降低了勢壘有效高度、 減薄了耗盡區(qū),使得n區(qū)的電子和p區(qū)的空穴分別擴(kuò)散通過pˉn結(jié)而進(jìn)入p區(qū)和n區(qū)形成了擴(kuò)散電流。該電流增加了p-ll結(jié)耗盡區(qū)附近的過剩少子濃度,它們將與相應(yīng)區(qū)域的多子“碰撞”發(fā)生復(fù)合。復(fù)合的過程應(yīng)滿足能量守恒定律。非輻射復(fù)合時,釋放的能量消耗在晶格振動上使LED芯片發(fā)熱,輻射復(fù)合時則釋放光子使LED芯片發(fā)光。此外,發(fā)生復(fù)合時還應(yīng)滿足動量守恒定律,即復(fù)合前后電子的動量應(yīng)相等。發(fā)生復(fù)合時直接帶隙半導(dǎo)體材料自然滿足動量守恒定律;間接帶隙材料則需要通過輻射多個聲子調(diào)整動量才能滿足動量守恒定律,即輻射復(fù)合過程中有聲子參與,它使得間接帶隙材料輻射復(fù)合的內(nèi)量子效率遠(yuǎn)低于直接帶隙的,故制作半導(dǎo)體發(fā)光器件一般均采用直接帶隙材料。我們稱這種由電子注入產(chǎn)生光子發(fā)射的現(xiàn)象為電致發(fā)光。